Chimäre Embryonen Von Menschen Und Affen Wuchsen In Vitro Bis Zum Tag 19

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Chimäre Embryonen Von Menschen Und Affen Wuchsen In Vitro Bis Zum Tag 19
Anonim
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Die Gruppe von Juan Ispisua Belmonte veröffentlichte Daten über die Entstehung der ersten chimären Embryonen von Mensch und Affe. Insgesamt sammelten die Wissenschaftler 132 chimäre Embryonen – implantierten sie aber nicht in die Gebärmutter, sondern brachten einige davon in In-vitro-Kultur bis zum 20. Tag der Entwicklung. Menschliche Zellen in Chimären haben erfolgreich Wurzeln geschlagen: In späten Embryonen machten sie bis zu 7 Prozent des embryonalen Gewebes aus. Und sie tauschten sogar Signale mit ihren Nachbarn aus – den Zellen des Cynomolgus-Affen. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Cell veröffentlicht.

2019 tauchten nacheinander zwei Neuigkeiten aus der Welt der chimären Embryonen auf: Die japanische Regierung genehmigte die Herstellung von Embryonen aus menschlichen und Mauszellen, und zu diesem Zeitpunkt war in China bereits ein Mensch-Affe-Hybridembryo gezüchtet worden. Über die Ergebnisse des ersten japanischen Experiments wissen wir noch nichts. Die Daten für die zweite, chinesische Studie waren bruchstückhaft – sie wurden an eine spanische Zeitung durchgesickert, und die Arbeit selbst war noch nicht erschienen. Und erst jetzt sind die Ergebnisse im Druck erschienen. Wie die Autoren der Arbeit der Veröffentlichung STAT mitteilten, war eine schnelle Fertigstellung und Veröffentlichung aufgrund der Pandemie nicht möglich.

Die Erzeugung chimärer Embryonen ist eine sinnvolle Aufgabe (in ihnen könnte man zum Beispiel Ersatzorgane für den Menschen züchten), aber ethisch mehrdeutig (mehr dazu in unserem Blog "Schweineherz"). Wissenschaftler und Bioethik sind sich noch nicht einig, wann solche Experimente gestoppt werden sollen – aus Angst, dass menschliche Nerven- oder Keimzellen in tierisches Gewebe eingebettet werden. Daher erhält diese Art von Forschung in den Vereinigten Staaten keine staatliche Förderung, und die Gruppe von Juan Carlos Izpisúa Belmonte musste sie in China durchführen.

Allerdings erwies es sich als noch schwieriger, mit embryonalen Zellen zu verhandeln als mit einer Ethikkommission. Tatsache ist, dass in früheren Experimenten mit Chimären "Menschenaffen" menschliche Zellen schlecht Wurzeln geschlagen haben - sie hörten schnell auf zu entwickeln oder starben durch Apoptose.

Es gibt viele Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen. Zum Beispiel haben wir kürzlich darüber gesprochen, wie ein menschlicher Muskel in einem chimären Embryo mit einem Schwein gezüchtet wurde. Um dies zu ermöglichen, wurde in menschlichen Zellen das TP53-Gen abgeschaltet, das unter anderem für den zellulären Selbstmord verantwortlich ist.

Die Gruppe von Belmonte ging einen anderen Weg - Wissenschaftler "verbesserten" menschliche embryonale Zellen. Normalerweise werden sie für solche Experimente durch Umprogrammierung gewonnen: Sie nehmen adulte Körperzellen und "rollen" in einen embryonalen Zustand zurück, wenn sie menschliches Gewebe abgeben können, aber kein extraembryonales Gewebe (wie die Plazenta). Im Zuge der „Verbesserung“werden Zellen mit zusätzlichen Signalstoffen behandelt, um sie noch weiter „zurückzurollen“– bis aus ihnen sowohl embryonale als auch extraembryonale Gewebe gewonnen werden können.

Die Forscher nahmen 132 Cynomolgus-Affenembryonen im Blastozystenstadium (am sechsten Tag nach der Befruchtung sieht der Embryo aus wie eine hohle Kugel mit einem Haufen Zellen an einer der Wände) und injizierten jeweils 25 fortgeschrittene menschliche embryonale Zellen. Diese Zellen wurden mit einem rot fluoreszierenden Protein markiert, um sie später im chimären Embryo leichter erkennen zu können. Es stellte sich heraus, dass am siebten Tag alle 132 Hybridembryonen rot leuchteten - das heißt, menschliche Zellen haben sich darin verwurzelt.

Belmonte und Kollegen kultivierten weiterhin chimäre Embryonen in vitro - die von ihnen entwickelte Methode ermöglicht es, Embryonen mehrere Wochen lang zu züchten, ohne in die Gebärmutter implantiert zu werden. Die Hälfte der Chimären überlebte bis zum 15. Tag der Entwicklung und etwa 10 Prozent bis zum 19. Tag (sie wurden nicht weiter kultiviert). Zu diesem Zeitpunkt haben die Embryonen in einem Reagenzglas überlebt, ein Analogon von Implantation und Gastrulation (Aufteilung in mehrere Schichten und Bildung eines allgemeinen Körperplans). Der Anteil menschlicher Zellen in embryonalen Geweben betrug bis zu 7 Prozent. Dies ist höher als der bisherige Rekord für die Mensch-Maus-Chimäre (4 Prozent) und viel höher als das, was bei der Mensch-Schwein-Chimäre erreicht wurde (Bruchteile von einem Prozent).

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So überlebten die Embryonen: Kontrolle (schwarz) und chimär (grün)

Es gab weniger menschliche Zellen in extraembryonalen Geweben - etwa 4 Prozent. Dies kann daran liegen, dass sie seltener versehentlich in diese Gewebe fallen oder dass das Programm zur Entwicklung extraembryonaler Gewebe zwischen Affen und Menschen unterschiedlich ist.

Um zu verfolgen, was in den Hybridembryonen vor sich geht, haben die Autoren der Arbeit sie in einzelne Zellen zerlegt und die RNA dieser Zellen sequenziert - so konnte überprüft werden, welche Gene in ihnen arbeiten und was diese Zellen dementsprechend tun zu etwas werden. Es stellte sich heraus, dass Affenzellen fester in ihrem Entwicklungsweg sind - es ist einfacher, sie anhand einer Reihe von Transkripten in embryonale und extraembryonale Gewebe zu unterteilen. Aber alle Arten menschlicher Zellen waren in einer Reihe von RNA-Transkripten ähnlich. Gleichzeitig stellte sich heraus, dass sich die Arbeit von Genen in chimären Embryonen von der in Kontrollzellen unterscheidet, die nur aus Zellen von Affen oder Menschen bestehen. Insbesondere Zellen innerhalb der Hybriden exprimierten mehr Gene, die mit verschiedenen Oberflächenrezeptoren assoziiert sind – das heißt, die menschlichen und Affenteile der Chimäre „kommunizierten“anscheinend aktiv miteinander.

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Chimärer Affe und menschliche Embryonen

Wie jede erste Studie auf diesem Gebiet wirft die Arbeit von Belmonte und Kollegen mehr Fragen auf, als sie beantwortet. Sie müssen noch herausfinden, ob es möglich ist, chimäre Embryonen lebensfähiger zu machen und menschlichen Zellen beizubringen, in ihnen besser zu überleben. Darüber hinaus liegt noch viel Arbeit auf dem Gebiet der Interaktion menschlicher Zellen mit Affen vor uns - Sie müssen verstehen, wie sie sich gegenseitig beeinflussen, ob sie "freundlicher" gemacht werden können und wie sie in der Entwicklung weiter kommunizieren werden Gewebe.

Wir haben kürzlich über andere Fortschritte bei Embryonenexperimenten gesprochen: wie Mausembryonen gelernt haben, außerhalb der Gebärmutter zu wachsen, oder über eine neue Methode zum Klonen von Säugetieren. Und darüber, wie Experimente an menschlichen Embryonen organisiert sind, lesen Sie unseren Text "14 Tage später".

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