Κινέζοι ερευνητές έκαναν ένα σημαντικό βήμα προς την καλλιέργεια οργάνων για μεταμόσχευση, παρουσιάζοντας το πρώτο μοντέλο εμβρυϊκού δίσκου που μπορεί να υποστηρίζει και να αναπτύσσει τα «κύτταρα-σπόρους» που απαιτούνται για in vitro καλλιέργεια. Πρόκειται και για μεγάλη πρόοδο στην αναγεννητική ιατρική.
Οι επιστήμονες προσπαθούν επί χρόνια να ελέγξουν τα βλαστοκύτταρα με την πολυπλοκότητα που απαιτείται για την ανάπτυξη τεχνητών οργάνων, ένα εμπόδιο που έχει καθυστερήσει την εξέλιξη της συγκεκριμένης βιοτεχνολογίας.
Πέρα από την επιστήμη, υπάρχει και το ηθικό σκέλος: διεθνείς κατευθυντήριες γραμμές απαγορεύουν την καλλιέργεια ανθρώπινων εμβρύων πέραν των 14 ημερών μετά τη γονιμοποίηση, όταν ξεκινά η γαστριδίωση.
Η γαστριδίωση είναι ένα πρώιμο αλλά κρίσιμο στάδιο της ανάπτυξης, κατά το οποίο το έμβρυο μετασχηματίζεται από μια επίπεδη στιβάδα επιθηλιακών κυττάρων σε μια πολυστρωματική, τρισδιάστατη δομή, τη γαστρίδα. Το αποτέλεσμα είναι ένας οργανισμός με τρία εμβρυϊκά φύλλα: ενδόδερμα, μεσόδερμα και εξώδερμα.
«Η γαστριδίωση είναι το στάδιο όπου καθορίζεται η βασική αρχιτεκτονική του σώματος, μεταμορφώνοντας το έμβρυο από έναν επίπεδο δίσκο σε τρισδιάστατη δομή», λέει ο Yu Leqian, corresponding author της μελέτης και καθηγητής στο Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences.
Σε αυτό το σημείο εγκαθίστανται οι πρόδρομες δομές για τον σχηματισμό οργάνων, ένα από τα πιο καθοριστικά γεγονότα στην ανθρώπινη ανάπτυξη.
Γι’ αυτό, τα εργαστηριακά μοντέλα εμβρυϊκού τύπου είναι ο μόνος τρόπος να μελετηθεί αυτό το «παράθυρο» μεταξύ 14 και 21 ημερών. Ωστόσο, μέχρι σήμερα, τα μοντέλα δεν είχαν καταφέρει να αναπαράγουν επαρκώς τη φυσική διαδικασία. Δεν είναι τυχαίο ότι η γαστριδίωση συχνά αποκαλείται το «μαύρο κουτί» της εμβρυολογίας.
Ο Yu προσθέτει ότι προηγούμενα μοντέλα ανθρώπινου εμβρύου παρήγαγαν μόνο ορισμένους κυτταρικούς τύπους και δεν σχημάτιζαν το «primitive streak» – την αύλακα που ανοίγει τον δρόμο για αυτό το στάδιο. Χωρίς αυτό, τα κύτταρα αναπτύσσονται τυχαία και ανεξέλεγκτα, εκτός πορείας από τη φυσιολογική ανθρώπινη ανάπτυξη.
Παρόμοια δυσκολία υπάρχει και στη νευροεπιστήμη: η οργάνωση πολυδύναμων κυττάρων στο εργαστήριο ώστε να αυτοτακτοποιούνται όπως στη φύση παραμένει πρόκληση για την κατανόηση της λειτουργίας του εγκεφάλου.
Στη νέα μελέτη, η ομάδα στράφηκε στη χωρική βιολογία, μια αναδυόμενη προσέγγιση που βασίζεται σε ακριβή χωροθέτηση – εν προκειμένω, πρώιμων ανθρώπινων κυττάρων – για την πιστότερη αναδημιουργία της φύσης.
Αυτό επέτρεψε την ανάπτυξη κυττάρων-σπόρων οργάνων.
Οι επιστήμονες δημιούργησαν εμβρυϊκά μοντέλα – τα «disc-Gastruloids» – που μπόρεσαν να εισέλθουν στη γαστριδίωση και να σχηματίσουν δομές παρόμοιες με primitive streak. Κανένα άλλο εργαστηριακό μοντέλο δεν είχε πετύχει κάτι αντίστοιχο.
Καθώς επιτεύχθηκε αυτό το κρίσιμο στάδιο, οι ερευνητές παρατήρησαν και μετανάστευση κυττάρων στην επιφάνεια του δίσκου, ένα ακόμη γνώρισμα της ανάπτυξης ανθρώπινου εμβρύου.
Περισσότερο από 80% των βιομηχανικών μοντέλων αναπαρήγαγαν με επιτυχία αυτές τις διεργασίες. Τα disc-Gastruloids ανέπτυξαν νευρικούς σωλήνες, ένα πρωτογενές έντερο με προδρόμους για πνεύμονες, ήπαρ και πάγκρεας, καθώς και έναν πρωτογενή καρδιακό θάλαμο που συστελλόταν ρυθμικά μόνος του.
Ανάλυση μονού κυττάρου επιβεβαίωσε ότι τα μοντέλα αντανακλούσαν τη κυτταρική σύσταση ανθρώπινου εμβρύου 21 ημερών.
«Η μελέτη έθεσε τα θεμέλια για τον απώτερο στόχο της μεγάλης κλίμακας, αρθρωτής παραγωγής κυττάρων-σπόρων οργάνων in vitro, ώστε να υποστηριχθεί η κατασκευή οργάνων και η αναγεννητική ιατρική – με δυνατότητα επιδιόρθωσης ιστών ή ακόμη και κατασκευής οργάνων στο εργαστήριο», εξηγεί ο Yu.
Αν και απέχουμε ακόμη από καλλιεργημένα ανθρώπινα όργανα που προέρχονται από εργαστηριακά έμβρυα, η μελέτη πιθανώς επιταχύνει το χρονοδιάγραμμα και προσφέρει κρίσιμες γνώσεις για την ανάπτυξη αντίστοιχων μοντέλων σε άλλα εργαστήρια.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Cell.
Πηγή: Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences και China Daily
