Neue Fortschritte im aus Stammzellen gewonnenen Mausembryomodell

Nur zwei Wochen nach der Ankündigung der Entwicklung eines Mausembryomodells, komplett mit schlagenden Herzen und den Grundlagen für ein Gehirn und andere Organe, aus Mausstammzellen, haben Forscher im Labor von Magdalena Zernicka-Goetz, Bren Professorin für Biologie und Bioingenieurwesen, haben neue Erkenntnisse über ein anderes Mausembryomodell veröffentlicht, das ähnliche Entwicklungsstadien erreicht, aber nur aus embryonalen Mausstammzellen hergestellt wurde. Diese Modifikation hat das Protokoll vereinfacht und erleichtert die Übernahme des Embryomodells in anderen Labors.

Die neue Studie erscheint im Fachblatt Zelle Stammzelle am 8. September. Die Forschung wurde von den Doktoranden Kasey Lau und Hernan Rubinstein von der University of Cambridge bzw. dem Weizmann Institute of Science geleitet.

„Diese Entdeckung eröffnet neue Wege, um zu verstehen, warum die große Mehrheit der menschlichen Schwangerschaften verloren geht, und um Wissen zu schaffen, das dies verhindern wird“, sagt Zernicka-Goetz, die auch Professorin für Säugetierentwicklung und Stammzellbiologie an der Universität Cambridge ist in der Abteilung für Physiologie, Entwicklung und Neurowissenschaften. „Dieses Wissen wird es uns mit der Zeit auch ermöglichen, Gewebe und Organe viel effektiver zu reparieren, als wir es jetzt tun können.“

„Während wir diese Modelle weiterentwickeln, werden wir mehr über die Signale erfahren, die die Entwicklung von Organen initiieren und lenken, was uns Wege aufzeigen wird, wie wir dabei helfen können, Organe in Kultur zu erzeugen, die letztendlich Anwendung in der Transplantationschirurgie oder in der regenerativen Medizin finden werden.“ Sie erklärt.

In einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Natur Am 25. August erläuterte das Team, wie ein Mausembryomodell aus embryonalen und extraembryonalen Mausstammzellen entwickelt werden kann. Anstatt Mausembryos durch die natürliche biologische Methode der Kombination von Ei und Sperma zu erzeugen, leitete das Team drei Populationen kultivierter Stammzellen zur Interaktion, induziert die Expression bestimmter Gene und schafft eine Umgebung, in der die Zellen miteinander „sprechen“ können. Infolgedessen organisierten sich die Stammzellen selbst zu Strukturen, die dann aufeinanderfolgende Entwicklungsstadien durchliefen, bis das Mausembryo-Modell neben dem Dottersack schlagende Herzen und die Grundlagen für ein Gehirn und alle anderen Organe hatte, die Gas und Nährstoffe ermöglichen Austausch zwischen Embryo und Mutter. Dies ist die am weitesten fortgeschrittene Entwicklungsstufe, die bisher in einem von Stammzellen abgeleiteten Modell erreicht wurde.

Natürlich entwickeln sich in den ersten Tagen nach der Befruchtung im frühen Mausembryo drei Haupttypen von Gewebe: Eines wird schließlich zu Körpergewebe, und die anderen beiden unterstützen die Entwicklung des Embryos. Einer dieser beiden letztgenannten Typen, bekannt als Trophektoderm, wird zur Plazenta, die den Fötus mit der Mutter verbindet und Sauerstoff und Nährstoffe liefert. Aus dem anderen, bekannt als primitives Endoderm, entsteht der Dottersack, in dem der Embryo wächst und aus dem er in der frühen Entwicklung Nährstoffe erhält.

Aus jedem dieser drei Gewebe des Mausembryos können drei Arten von Stammzellen gewonnen und unbegrenzt im Labor kultiviert werden.

Aufbauend auf der früheren Forschung besteht das in der neuen Veröffentlichung beschriebene Mausembryomodell nur aus einer einzigen Art von kultivierten Stammzellen: den embryonalen Stammzellen (ESCs). Unbehandelte ESCs werden zum Körper des Embryos. Eine andere ESC-Linie wird von Forschern überredet, wie extraembryonale entodermische Stammzellen zu werden, die einen Satz von Entwicklungssignalen liefern. Das Team treibt auch eine dritte ESC-Linie voran, um wie Trophoblast-Stammzellen zu werden, die einen zweiten Satz von Entwicklungssignalen liefern. Somit ist das Team in der Lage, die drei Hauptgewebe des sich entwickelnden Mausembryos zu rekonstituieren, indem es nur mit ESCs beginnt. Dies hat das Protokoll vereinfacht, während die wichtigen Signalereignisse zwischen den drei Geweben, die für den Aufbau des Körperplans des Embryos von entscheidender Bedeutung sind, erhalten bleiben.

„Von den drei Stammzelltypen sind nur die ESZ pluripotent – ​​das heißt, nur die ESZ haben das Potenzial, sich in beliebiges Gewebe des Körpers zu entwickeln“, erklärt Zernicka-Goetz. „Aber dazu benötigen sie die beiden anderen Arten von extraembryonalen Stammzellen. ESCs können so gesteuert werden, dass sie zu diesen anderen zwei extraembryonalen Zelltypen werden. Auf diese Weise erhalten wir am Ende drei Ausgangszelltypen, die alle aus den stammen einzelne ESC-Zeile.“