Israelischen Wissenschaftlern ist es gelungen, Embryonen "in vitro" durch mehrere Entwicklungsstadien zu führen: von der frühen Bildung von Schichten in der Zellmasse bis zum Auftreten von Gliedmaßen. Forscher haben gezeigt, dass sie die Bildung und Entwicklung von Geweben und Organen in Echtzeit beobachten können. Wissenschaftler hoffen, dass ihre Technologie das Geheimnis hinter der Organogenese bei Säugetieren aufdecken wird. Die Arbeit wurde in Nature veröffentlicht.
Biologen haben lange versucht zu verstehen, wie sich Gewebe und Organe in Embryonen entwickeln. Bei Säugetieren ist dieser Prozess hinter den Wänden der Gebärmutter verborgen, es ist schwierig, ihn auszuspionieren und fast unmöglich einzugreifen. Was also zwischen der frühen Gastrulation, wenn sich die äußeren und inneren Schichten in einem homogenen Embryo zu bilden beginnen, und dem Beginn der Organbildung passiert, können Wissenschaftler nur vermuten.
Die ersten Methoden, um Embryonen ex utero (außerhalb der Gebärmutter) zu züchten, wurden bereits in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts vorgeschlagen und die Plattformen wurden dann immer wieder verbessert. Wesentliche Probleme blieben jedoch bestehen: Die Überlebensrate der Embryonen war zeitlich stark begrenzt und Abweichungen vom normalen Entwicklungsprozess wurden innerhalb eines Tages nach Beginn der Kultivierung beobachtet.
Biologen des Weizmann Institute of Science, die Gruppe von Jacob Hanna, haben Methoden entwickelt, um ex utero Mausembryonen in zwei verschiedenen Stadien zu züchten - während der Gastrulation und von der späten Gastrulation bis zum Beginn der Gliedmaßenbildung, und haben dann die beiden Ansätze erfolgreich in einer kontinuierlichen Kultur kombiniert Prozess.
Zuerst lernten die Forscher, wie man Embryonen in einer rotierenden Trommel vom siebten bis zum elften Tag der Entwicklung züchtet (eine Gesamtschwangerschaft bei Mäusen dauert zwanzig Tage). Zu diesem Zweck haben Wissenschaftler die Zusammensetzung der Nährmedien verbessert und ein System zur Zufuhr eines Gasgemisches und zur Druckregelung entwickelt, wobei berücksichtigt wird, dass der Druck die Entwicklung von Zellen im Embryo beeinflusst. Dank des verbesserten Protokolls entwickelten sich innerhalb von vier Tagen etwa 77 Prozent der Embryonen normal. Danach war das entworfene System anscheinend nicht mehr mit der Versorgung der gewachsenen Embryonen mit Nährstoffen und Sauerstoff fertig.
Als nächstes testeten die Forscher, ob sie die Embryonen erfolgreich durch die Gastrulationsphase (vom fünften bis sechsten bis achten Tag der Entwicklung) navigieren konnten. Durch eine geringfügige Änderung der akzeptierten Kultivierungsbedingungen gelang es der Gruppe von Wissenschaftlern, eine hohe Effizienz der Embryonenentwicklung zu erreichen: 97 Prozent von ihnen unterschieden sich nicht von natürlich gewachsenen Embryonen im gleichen Stadium.
Dann kombinierten Biologen zwei Phasen: statische Kultivierung (Gastrulationsphase, 6-8 Tage) und Kultivierung in einem rotierenden Inkubator (von der Gastrulation bis zur Organogenese, 8-11 Tage). Den Wissenschaftlern gelang es, 55 Prozent der Embryonen erfolgreich durch den gesamten Prozess zu führen, bei dem sich am Ende die unteren Gliedmaßen zu bilden begannen. In dieser Zeit sind die Embryonen beeindruckend gewachsen: von 200 Mikrometer auf 5,4 Millimeter. Die Transkription von Genen in den Zellen von ex utero gezüchteten Embryonen unterschied sich nicht von denen, die in der Gebärmutter wuchsen, was bedeutet, dass der Prozess der Organbildung nach Plan verlief.
Embryokulturschema: Anzucht in festen Schalen während der Gastrulation, dann Kultur in einer beweglichen Trommel nach der Gastrulation.
Darüber hinaus ist es den Autoren der Arbeit gelungen, in die Entwicklung von Embryonen einzugreifen. Zum Beispiel, um Gene für fluoreszierende Proteine in verschiedenen Entwicklungsstadien einzuführen, um so das Nervengewebe zu färben und sein Wachstum zu beobachten. Die Forscher injizierten auch pluripotente Stammzellen in Embryonen, wodurch chimäre Embryonen entstanden.
Forschern ist es sogar gelungen, mit menschlichen Mikroglia-Vorläuferzellen Chimären zu erzeugen, die für eine normale Gehirnbildung wichtig sind. Die Beobachtung solcher "gemischter" Embryonen in vitro kann Wissenschaftlern helfen, die Mechanismen der Entwicklung von Geweben und Organen in den frühen Stadien der intrauterinen Entwicklung und die möglichen Ursachen von Pathologien zu untersuchen.
Technologien für die vollwertige extrauterine Entwicklung von Embryonen sind noch weit entfernt, aber kürzlich ist es Wissenschaftlern gelungen, in vitro etwas zu sammeln, das einer echten Blastozyste ähnelt - Embryonen im Entwicklungsstadium vor der Gastrulation. Die Forscher nannten die entstandenen Konstruktionen Blastoiden. Lesen Sie mehr darüber in unserem Artikel "Hallo, Ghola: Was ist von einer neuen Methode zum Klonen von Menschen zu erwarten?"
