Istraživači Univerziteta u Pitsburgu razvili su novi model sličan embrionu izveden iz ćelija odraslih koji replicira ključne karakteristike ranog ljudskog razvoja, uključujući stvaranje krvnih zrnaca.
Danas opisan u Nature, novi model heX-embrioida pruža jedinstven prozor u rani ljudski razvoj, koji je obavijen velom misterije zbog etičkih i tehničkih izazova proučavanja ovog perioda života.
HeX-embrioidi, koji ne koriste fetalno tkivo i ne mogu da se razviju u embrion, mogli bi da poboljšaju istraživanje genetskih bolesti i neplodnosti i da naprave ćelije da zamene ili poprave tkiva za primenu u regenerativnoj medicini.
„Ljudski embrioni—za razliku od onih kod drugih vrsta, uključujući neke od naših najbližih rođaka primata—ugrađuju se u zid materice kako bi nastavili sa razvojem. Pošto je embrion manji od vrha igle za šivenje i skriven od pogleda, ove rane faze su teško proučavati“, rekao je stariji autor Mo Ebrahimkhani, MD, vanredni profesor na Odeljenju za patologiju, Institutu za jetru u Pitsburgu i Odeljenju za bioinženjering u Pittu.
„Naš model sličan embrionu će otključati ovu „crnu kutiju“ ljudskog razvoja, što bi moglo pomoći u rešavanju misterije zašto oko 60% trudnoća propadne u prve dve nedelje – pre nego što majka uopšte izostane menstruaciju – i utrti put za nove terapije“.
Zanimljivo je da su heX-embrioidni modeli formirali strukture slične prvim mestima za proizvodnju krvnih ćelija koje podržavaju embrion u razvoju koji se naziva krvna ostrva. Istraživači su takođe otkrili progenitore crvenih krvnih zrnaca, trombocita i različitih vrsta belih krvnih zrnaca. Prema Ebrahimkaniju, stvaranje krvnih zrnaca je ključni napredak ovog modela embriona koji gura polje napred.
„Uspeli smo da modelujemo nešto izuzetno slično najranijim fazama proizvodnje krvi kod ljudi“, rekao je Ebrahimkani, koji je takođe član Istraživačkog centra za jetru u Pitsburgu i Instituta za regenerativnu medicinu McGovan u Pittu i UPMC.
„Ovo je uzbudljivo jer postoje velike mogućnosti za primenu ovog modela kako bi se bolje razumelo kako se formira krv i razvile bolje metode za uzgoj ćelija za transfuziju krvi, nove ćelijske terapije i transplantacije hematopoetskih matičnih ćelija.
Da bi razvili heX-embrioide, istraživači su počeli sa indukovanim pluripotentnim matičnim ćelijama (iPSC), koje su generisane iz odraslih ćelija koje su vraćene u stanje u kojem se mogu razviti u bilo koju drugu ćeliju. Zatim su programirali iPSC sa genetskim krugom koji usmerava rani razvoj tkiva, koji se uključuje samo hemikalijom koja se zove doksiciklin.
Kada se ovi projektovani iPSC-ovi pomešaju u laboratorijskoj posudi sa standardnim iPSC-ima i indukuju dodavanjem doksiciklina, projektovane ćelije rastu i pokreću standardne iPSC-ove da se organizuju u trodimenzionalne strukture koje podsećaju na određene karakteristike embriona.
U normalnom embrionalnom razvoju, ćelije se iznova sortiraju i dele da bi na kraju formirale različite delove: trofoblast, koji će postati placenta, ekstra-embrionalni ćelijski sloj koji proizvodi žumančanu kesu koja obezbeđuje hranljive materije i embrionalni sloj koji će dovesti do embriona. sama i amnionska kesa koja štiti embrion u razvoju.
Poput embriona, heX-embrioni imaju embrionalno tkivo i strukturu žumančane kese. Tkivo ostaje usidreno za laboratorijsku posudu dok raste, formirajući veliki list žumančane kese sa desetinama embriona koji sede jedan pored drugog.
„Vreća žumanca ne doprinosi direktno stvaranju ćelija koje formiraju embrion, ali je zaista važno tkivo jer je odgovorno za ishranu i utiče na to gde će biti postavljena glava i rep embriona“, rekao je glavni autor Džošua Hislop, diplomirani student u Ebrahimkanijevoj laboratoriji u Pitu.
„Drugi modeli slični embrionima su imali vrlo ograničenu diferencijaciju tkiva žumančane kese, tako da naš model nudi jedinstvenu priliku da robusno prati ovu strukturu i proučava događaje poput razvoja krvi.
HeX-embrioidi ne sadrže sloj trofoblasta koji formira placentu, a žumančana kesa je otvorena, a ne zatvorena šupljina. Nedostatak ovih karakteristika sprečava embrione da postanu pravi embrioni ili da imaju potencijal da budu implantirani da se potpuno razviju.
Pošto su heX-embrioidi izvedeni iz reprogramiranih ćelija kože odraslih, oni bi teoretski mogli biti napravljeni od bilo kog pojedinca, što omogućava istraživačima da proučavaju različite genetske pozadine.
Važna prednost heX-embrioidnog sistema u odnosu na druge modele nalik embrionu je ta što se on samoorganizuje kako raste iz dvodimenzionalne laboratorijske posude, koristi standardne medije za rast i uključuje ga jedna hemikalija, a ne oslanjajući se na komplikovan koktel faktora rasta koji može biti teško replicirati. Prema Ebrahimkaniju, ovaj jedinstveni pristup znači da se heX-embrioidi mogu lako skladištiti, otpremati i uzgajati u različitim laboratorijama sa visokim nivoom efikasnosti.
„Da bi model usvojila naučna zajednica i uradio svoj posao doprinosa novim otkrićima, on mora biti efikasan“, rekao je Ebrahimkani. „Na primer, biće veoma teško napredovati u istraživanju pobačaja ako sam model ne uspe većinu vremena. Naš heX-embrioidni model prevazilazi ovaj problem.“
