Forscher erzeugen Rinderblastoide im Labor, um die Fortpflanzung von Nutztieren zu unterstützen

Stammzell- und Entwicklungsbiologen und Kollegen des UT Southwestern Medical Center haben eine Methode zur Herstellung von Rinderblastoiden entwickelt, einem entscheidenden Schritt bei der Replikation der Embryonenbildung im Labor, der zur Entwicklung neuer Reproduktionstechnologien für die Rinderzucht führen könnte.

Gegenwärtige Bemühungen werden durch ein begrenztes Angebot an Embryonen behindert, daher könnte sich das Verständnis der Mechanismen zur Schaffung erfolgreicher boviner blastozystenähnlicher Strukturen im Labor als wertvoll erweisen, um die Reproduktion bei Rindern zu verbessern. Diese Technologie könnte möglicherweise zu schnelleren genetischen Zuwächsen in der Rindfleisch- oder Milchproduktion oder zu einer Verringerung des Auftretens von Krankheiten bei den Tieren führen.

„Diese Studie ist die erste Demonstration der Erzeugung blastozystenähnlicher Strukturen (Blastoide) aus einer Nutztierart“, sagte Jun Wu, Ph.D., Assistenzprofessor für Molekularbiologie und Virginia Murchison Linthicum Scholar in Medical Research. „Bei weiterer Optimierung könnten die Fortschritte in der Blastoid-Technologie für Rinder den Weg für innovative Methoden der künstlichen Reproduktion in der Rinderzucht ebnen. Dies könnte wiederum traditionelle Ansätze in der Rinderzucht revolutionieren und eine neue Ära in der Praxis der Viehwirtschaft einläuten.“

Rinderblastoide stellen ein wertvolles Modell dar, um die frühe Embryonalentwicklung zu untersuchen und die Ursachen des frühen Embryoverlusts zu verstehen, sagte Dr. Wu.

In dieser Studie erscheint in Zelle Stammzelle, zeigten Forscher, dass Rinderblastoide aus kultivierten Stammzellen zusammengesetzt werden können. Die internationale Gruppe aus Brasilien, China und den USA beschreibt eine effiziente Methode, um bovine Blastoide zu erzeugen und im Labor in vitro zu züchten.

Mithilfe von Immunfluoreszenz- und Einzelzell-RNA-Sequenzierungsanalysen zeigten die Forscher, dass die im Labor erzeugten Blastoide natürlichen Rinderblastozysten in Morphologie, Größe, Zellzahl und Abstammungszusammensetzung ähnelten und bei der Übertragung auf die Empfängerkühe ein mütterliches Erkennungssignal erzeugen konnten.

„Wir waren in der Lage, ein effizientes und robustes Protokoll zur Erzeugung von Rinderblastoiden zu entwickeln, indem wir embryonale Stammzellen und Trophoblastenstammzellen aus Rindern zusammensetzten, die sich selbst organisieren und alle drei Blastozystenlinien originalgetreu nachbilden können“, sagte Hauptautor Carlos A. Pinzón-Arteaga, DVM , MS, ein Student an der UT Southwestern Graduate School of Biomedical Sciences. „Zukünftige Vergleiche mit in vivo produzierten Embryonen sind noch erforderlich, um das Blastoid-Modell besser zu bewerten.“

Ein leicht verfügbares Stammzellen-Embryonenmodell könnte der Forschung zur Embryonalentwicklung von großem Nutzen sein, da es die Herausforderung des begrenzten Zugangs zu frühen Embryonen angeht, bemerkte Dr. Wu, Robertson-Untersucher der New York Stem Cell Foundation und Mitglied des Hamon Center for Regenerative Science und Medizin und Cecil H. und Ida Green Center for Reproductive Biology Sciences an der UT Southwestern.

Diese Studie baut auf früheren Erkenntnissen aus dem Wu-Labor auf, das über die Erzeugung ähnlicher Mäuse (Liet al., Zelle2019) und Mensch (Yuet al., Natur2021) Embryomodelle. Die Arbeit des Wu-Labors hat zur Entwicklung neuartiger Kultursysteme und -methoden beigetragen, die die Generierung neuer Stammzellen für grundlegende und translationale Studien ermöglichen.

Die Arbeit von Dr. Wu hat das Spektrum pluripotenter Zustände erweitert, indem pluripotente Maus-Stammzellen mit unterschiedlichen molekularen und phänotypischen Merkmalen aus verschiedenen Entwicklungsstadien eingefangen wurden. Und einige dieser in Mäusen entwickelten Kulturbedingungen ermöglichten die Generierung pluripotenter Stammzellmodelle aus vielen anderen Säugetierarten, darunter Menschen, nichtmenschliche Primaten und Huftiere.

Zusätzlich zu aus Stammzellen gewonnenen Blastozystenmodellen (Blastoiden) verwendet das Wu-Labor Interspezies-Chimären, um grundlegende Biologie wie konservierte und divergente Entwicklungsprogramme, Bestimmung der Körper- und Organgröße, Artenbarrieren und Krebsresistenz zu untersuchen. Das Labor arbeitet auch an der Entwicklung neuer Anwendungen für die regenerative Medizin.

Weitere UTSW-Forscher, die zu dieser Studie beigetragen haben, sind Lizhong Liu, Ph.D., Assistant Instructor of Molecular Biology, und Masahiro Sakurai, Ph.D., Assistant Instructor of Molecular Biology.