Slechts twee weken na de aankondiging van de ontwikkeling van een muisembryomodel, compleet met kloppende harten en de basis voor hersenen en andere organen, uit muizenstamcellen, onderzoekers in het laboratorium van Magdalena Zernicka-Goetz, Bren Professor of Biology and Biological Engineering, hebben nieuwe bevindingen gepubliceerd over een ander muisembryomodel dat vergelijkbare ontwikkelingsstadia bereikt, maar is gemaakt van alleen embryonale stamcellen van muizen. Deze wijziging heeft het protocol vereenvoudigd en maakt het gemakkelijker om het embryomodel in andere laboratoria aan te nemen.

De nieuwe studie verschijnt in het tijdschrift Cell Stem Cell op 8 september. Het onderzoek werd geleid door respectievelijk afgestudeerde studenten Kasey Lau en Hernan Rubinstein van de Universiteit van Cambridge en het Weizmann Institute of Science.

"Deze ontdekking opent nieuwe wegen om te begrijpen waarom de overgrote meerderheid van de menselijke zwangerschappen verloren gaat en om kennis te creëren die dit zal voorkomen", zegt Zernicka-Goetz, die ook hoogleraar ontwikkeling van zoogdieren en stamcelbiologie is aan de universiteit van Cambridge. in de afdeling Fysiologie, Ontwikkeling en Neurowetenschappen. "Met deze kennis kunnen we mettertijd ook veel effectiever weefsels en organen repareren dan we nu kunnen."

"Terwijl we deze modellen verder ontwikkelen, zullen we meer leren over de signalen die de ontwikkeling van organen initiëren en begeleiden, wat ons routes zal geven om te helpen bij het genereren van organen in cultuur die uiteindelijk zullen worden toegepast in transplantatiechirurgie of in regeneratieve geneeskunde." legt ze uit.

In een paper gepubliceerd in het tijdschrift Nature op 25 augustus heeft het team gedetailleerd beschreven hoe een muisembryomodel kan worden ontwikkeld uit embryonale en extra-embryonale stamcellen van muizen. In plaats van muizenembryo's te creëren door de natuurlijke biologische methode van het combineren van ei en sperma, leidde het team drie populaties van gekweekte stamcellen om te interageren, waardoor de expressie van bepaalde genen werd geïnduceerd en een omgeving werd gecreëerd waarin de cellen met elkaar konden 'praten'. Als gevolg hiervan organiseerden de stamcellen zichzelf in structuren die vervolgens door opeenvolgende ontwikkelingsstadia vorderden totdat het muisembryomodel kloppende harten had en de basis voor hersenen en alle andere organen, naast de dooierzak, en die gas en voedingsstoffen vergemakkelijken. uitwisseling tussen het embryo en de moeder. Dit is het meest geavanceerde ontwikkelingsstadium dat tot nu toe is bereikt in een van stamcellen afgeleid model.

Uiteraard ontwikkelen zich in de eerste paar dagen na de bevruchting drie belangrijke soorten weefsels in het vroege muizenembryo:één zal uiteindelijk de weefsels van het lichaam worden en de andere twee zullen de ontwikkeling van het embryo ondersteunen. Een van deze laatste twee typen, bekend als het trophectoderm, wordt de placenta, die de foetus met de moeder verbindt en zuurstof en voedingsstoffen levert. De andere, bekend als primitief endoderm, zal aanleiding geven tot de dooierzak, waar het embryo groeit en waaruit het in de vroege ontwikkeling voedingsstoffen ontvangt.

Uit elk van deze drie weefsels van het muizenembryo kunnen drie soorten stamcellen worden afgeleid en voor onbepaalde tijd in het laboratorium worden gekweekt.

Voortbouwend op het eerdere onderzoek, is het muisembryomodel dat in het nieuwe artikel wordt gerapporteerd, slechts gemaakt van een enkel type gekweekte stamcel:de embryonale stamcellen (ESC's). Onbehandelde ESC's worden het lichaam van het embryo. Een andere ESC-lijn wordt door onderzoekers overgehaald om te worden als extra-embryonale endoderm-stamcellen, die één set ontwikkelingssignalen leveren. Het team drijft ook een derde ESC-lijn aan om als trofoblaststamcellen te worden, die een tweede reeks ontwikkelingssignalen leveren. Het team is dus in staat om de drie belangrijkste weefsels van het zich ontwikkelende muizenembryo te reconstrueren door te beginnen met alleen ESC's. Dit heeft het protocol vereenvoudigd en toch de belangrijke signaleringsgebeurtenissen tussen de drie weefsels behouden, die cruciaal zijn voor het bouwen van het lichaamsplan van het embryo.

"Van de drie stamceltypen zijn alleen de ESC's pluripotent, dat wil zeggen dat alleen de ESC's zich kunnen ontwikkelen tot elk weefsel van het lichaam", legt Zernicka-Goetz uit. "Maar om dit te doen, hebben ze de andere twee soorten extra-embryonale stamcellen nodig. ESC's kunnen worden gericht om deze andere twee extra-embryonale celtypen te worden. Op deze manier eindigen we met drie beginnende celtypen die allemaal zijn gegenereerd uit de enkele ESC-lijn." + Verder verkennen

'Synthetisch' muizenembryo met hersenen en kloppend hart gegroeid uit stamcellen