Mae gwyddonwyr wedi ailadrodd y broses naturiol o ddatblygiad embryonig mamaliaid yn y labordy hyd at ddatblygiad yr ymennydd a'r galon. Gan ddefnyddio bôn-gelloedd, creodd ymchwilwyr embryonau llygoden synthetig y tu allan i'r groth a oedd yn ailadrodd proses naturiol o ddatblygiad yn y groth hyd at y diwrnod 8.5. Mae hon yn garreg filltir mewn bioleg synthetig. Yn y dyfodol, bydd hyn yn arwain astudiaethau ar embryonau synthetig dynol, sydd yn eu tro gallai tywysydd mewn datblygu a chynhyrchu synthetig organau ar gyfer cleifion sy'n aros am drawsblaniadau.
Mae embryo fel arfer yn cael ei ddeall fel cam datblygiadol canolradd mewn ffenomen naturiol ddilyniannol o atgenhedlu a gychwynnir gan sberm yn cwrdd ag ofwm i ffurfio sygot, sy'n rhannu i fod yn sygot. embryo, ac yna datblygiad yn ffetws a baban newydd-anedig ar ôl cwblhau beichiogrwydd.
Datblygiadau mewn cell embryonig trosglwyddo niwclear gweld yr enghraifft o hepgor y cam o ffrwythloni wy gan y sberm. Ym 1984, crëwyd embryo o wy lle tynnwyd ei gnewyllyn haploid gwreiddiol a'i ddisodli gan gnewyllyn cell embryonig rhoddwr a gafodd ei ddatblygu'n llwyddiannus mewn mam fenthyg i roi genedigaeth i'r ddafad fach gyntaf wedi'i chlonio. Gyda pherffeithrwydd Trosglwyddo Niwclear Celloedd Somatig (SCNT), crëwyd Dolly’r ddafad ym 1996 o gell aeddfed aeddfed. Hwn oedd yr achos cyntaf o glonio mamal o gell oedolyn. Agorodd achos Dolly hefyd y posibilrwydd o ddatblygu bôn-gelloedd personol. Yn y ddau achos, ni ddefnyddiwyd sberm, ond yr wy (gyda'r cnewyllyn newydd) a dyfodd i fod yn embryo. Felly, fel y cyfryw, roedd yr embryonau hyn yn dal yn naturiol.
A ellid creu embryonau heb gynnwys wy hyd yn oed? Os felly, byddai embryonau o'r fath yn synthetig i'r graddau na fyddai unrhyw gametau (celloedd rhyw) yn cael eu defnyddio. Y dyddiau hyn, mae embryonau o'r fath (neu 'debyg i embryo' neu embryonau) yn cael eu creu'n rheolaidd gan ddefnyddio bôn-gelloedd Embryonig (ESC) a'u meithrin. vitro yn y labordy.
Ymhlith mamaliaid, mae llygod yn cymryd cyfnod cymharol fyr (19-21 diwrnod) i genhedlu sy'n gwneud embryo llygoden yn fodel astudio cyfleus. O'r cyfanswm, mae'r cyfnod cyn-mewnblaniad tua 4-5 diwrnod tra bod y gweddill 15 diwrnod (tua 75% o'r cyfanswm) ar ôl mewnblaniad. Ar gyfer datblygiad ôl-blaniad, mae'n rhaid i'r embryo gael ei fewnblannu yn y groth sy'n ei gwneud yn anhygyrch ar gyfer arsylwi allanol. Mae'r ddibyniaeth hon ar groth y fam yn rhwystr wrth ymchwilio.
Roedd y flwyddyn 2017 yn arwyddocaol yn hanes diwylliant embryo mamaliaid. Cafodd ymdrechion i greu embryonau llygoden synthetig eu llenwi pan ddangosodd ymchwilwyr yn glir bod bôn-gelloedd embryonig yn gallu hunan-ymgynnull a hunan-drefnu vitro i arwain at strwythurau tebyg i embryo a oedd yn ymdebygu i embryonau naturiol mewn ffyrdd pwysig1,2. Fodd bynnag, roedd cyfyngiadau yn codi o groth rhwystrau. Mae'n arferol meithrin embryo cyn mewnblannu vitro ond nid oedd unrhyw lwyfan cadarn ar gyfer y diwylliant ex-utero o embryo llygoden ar ôl mewnblannu (o gamau silindr wyau hyd at organogenesis datblygedig) ar gael. Daeth datblygiad arloesol i fynd i’r afael â hyn y llynedd yn 2021 pan gyflwynodd tîm ymchwil lwyfan diwylliant a oedd yn effeithiol ar gyfer datblygiad ôl-mewnblaniad embryo llygoden y tu allan i groth y fam. Canfuwyd bod embryo a dyfwyd ar y platfform hwn ex utero yn ailadrodd yn union in utero datblygiad3. Gorchfygodd y datblygiad hwn rwystrau crothol a galluogi ymchwilwyr i ddeall morffogenesis ôl-blantiad yn well ac felly mae wedi helpu prosiect embryo synthetig i ddod i gyfnod datblygedig.
Nawr, mae dau grŵp ymchwil wedi nodi bod embryo llygoden synthetig wedi tyfu am 8.5 diwrnod, sef yr hiraf hyd yn hyn. Roedd hyn yn ddigon hir i fod yn wahanol organau (fel curo calon, tiwb perfedd, plyg niwral ac ati) i fod wedi datblygu. Mae'r cynnydd diweddaraf hwn yn wirioneddol ryfeddol.
Fel yr adroddwyd yn Cell ar 1 Awst 2022, cynhyrchodd y tîm ymchwil embryonau synthetig llygoden gan ddefnyddio Bôn-gelloedd Embryonig (ESCs) naïf yn unig y tu allan i groth y fam. Fe wnaethant gyd-gyfuno'r bôn-gelloedd a'u prosesu gan ddefnyddio'r llwyfan meithrin a ddatblygwyd yn ddiweddar am gyfnod hir ex-utero twf i gael embryo cyfan synthetig ôl-gastrulation gyda adrannau embryonig ac extraembryonig. Cyflawnodd yr embryo synthetig gerrig milltir yn foddhaol ar gyfer cam 8.5 diwrnod o embryonau llygoden. Mae’r astudiaeth hon yn amlygu gallu celloedd lluosog naïf i hunan-ymgynnull a hunan-drefnu a modelu’r embryo mamalaidd cyfan y tu hwnt i gastriad.4.
Yn yr astudiaeth ddiweddaraf a gyhoeddwyd yn Nature ar 25 Awst 2022, defnyddiodd yr ymchwilwyr bôn-gelloedd extraembryonig hefyd i ymestyn potensial datblygiad bôn-gelloedd embryonig (ESC). Fe wnaethant ymgynnull embryonau synthetig in vitro gan ddefnyddio ESCs llygoden, TSCs a chelloedd iXEN a oedd yn ailadrodd datblygiad embryonig cyfan naturiol y llygoden yn y groth hyd at y diwrnod 8.5. Roedd yr embryo synthetig hwn wedi diffinio rhanbarthau blaenbrain a chanol yr ymennydd, strwythur tebyg i galon yn curo, boncyff yn cynnwys tiwb niwral, blagur cynffon yn cynnwys epilyddion niwromesodermaidd, tiwb perfedd, a chelloedd germau primordial. Roedd yr holl beth o fewn sac all-embryonig5. Felly, yn yr astudiaeth hon, roedd organogenesis yn fwy datblygedig a rhyfeddol o gymharu â'r astudiaeth a adroddwyd yn Cell ar 1 Awst 2022. Efallai bod defnyddio dau fath o fôn-gelloedd all-embryonig wedi gwella potensial datblygu bôn-gelloedd embryonig yn yr astudiaeth hon. Yn ddiddorol, dim ond Bôn-gelloedd Embryonig (ESCs) naïf a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth gynharach.
Mae'r cyflawniadau hyn yn wirioneddol ryfeddol gan mai dyma'r pwynt pellaf hyd yn hyn mewn astudiaethau ar embryonau mamalaidd synthetig. Mae'r gallu i greu ymennydd mamalaidd wedi bod yn un o brif nodau bioleg synthetig. Mae ail-greu'r broses naturiol o ddatblygiad embryonig ôl-blaniad yn y labordy yn goresgyn y rhwystr groth ac yn ei gwneud hi'n bosibl i'r ymchwilwyr astudio cyfnodau cynharaf bywyd sydd fel arfer wedi'i guddio yn y groth.
Er gwaethaf materion moesegol, bydd cyflawniadau mewn astudiaethau ar embryo synthetig llygoden yn arwain astudiaethau ar embryonau synthetig dynol yn y dyfodol agos a allai arwain at ddatblygu a chynhyrchu organau synthetig ar gyfer cleifion sy'n aros am drawsblaniadau.
***
Cyfeiriadau:
- Harrison SE et al 2017. Cydosod bôn-gelloedd embryonig ac extraembryonig i ddynwared embryogenesis in vitro. GWYDDONIAETH. 2 Maw 2017. Cyf 356, Rhifyn 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810
- Warmflash A. 2017. Embryonau Synthetig: Windows into Mamalian Development. Cell Bôn-gell. Cyfrol 20, Rhifyn 5, 4 Mai 2017, Tudalennau 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001
- Aguilera-Castrejon, A., et al. 2021. Embryogenesis llygoden ex utero o gyn-gastrulation i organogenesis hwyr. Natur 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3
- Tarazi S., et el 2022. Embryonau synthetig ôl-gastrulation yn cynhyrchu ex utero o ESCs naïf llygoden. Cell. Cyhoeddwyd: Awst 01, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028
- Amadei, G., et al 2022. Mae embryonau synthetig yn gastrulation llwyr i niwrwleiddio ac organogenesis. Cyhoeddwyd: 25 Awst 2022. Natur. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3
***
