Cercetătorii au dezvoltat un nou model de laborator cultivat din celule stem care replică SAC -ul amniotic uman în primele două până la patru săptămâni după fertilizare.
Structura, despre care cercetătorii spun că este cel mai avansat și mai matur model amniotic creat vreodată, ar putea oferi o perspectivă nouă asupra dezvoltării umane și ar putea duce la produse celulare pentru proceduri medicale, de la tratamente de arsură până la reconstrucția corneei, a raportat echipa într -un studiu publicat pe 10 iulie în revistă Celulă.
Embrionul uman în creștere nu este singur în călătoria sa de dezvoltare. „Sprijinirea țesuturilor precum placenta, precum SAC Amniotic, cresc cu embrionul și sunt cu adevărat importante pentru creșterea și supraviețuirea embrionului”, a spus coautorul studiului Silvia Santosun lider de grup la Francis Crick Institute din Londra.
Sac amniotic este un balon biologic plin de lichid, care amortizează și protejează embrionul în creștere. Se consideră că lichidul pe care îl conține este esențial pentru dezvoltarea sănătoasă a embrionului. Dar nu a fost ușor să investigați această interacțiune între embrion și anturajul său, în mare parte pentru că această etapă a dezvoltării este dificilă din punct de vedere logistic și etic să studieze în interiorul ființelor umane.
Încercările anterioare de modelare a sacului amniotic din laborator nu au putut să -și reproducă structura 3D complexă, care are două straturi de celule distincte. În plus, modelele anterioare au avut tendința de a dura doar câteva zile, ceea ce face mai greu să obțină o perspectivă asupra procesului extins de dezvoltare.
În schimb, noile modele de celule ale lui Santos, numite amnioide post-gastrulare (PGA), pot supraviețui în vasele lor de laborator timp de cel puțin trei luni și se pot dezvolta în același grad cu un sac amniotic de o lună. În mod remarcabil, cresc și la o dimensiune similară – până la aproximativ un centimetru (2,5 centimetri).
Înrudite: Oamenii de știință inventează primul „vagin-on-a-chip”
“Sunt mici mingi de golf”, a spus Santos pentru Live Science. PGA-urile formează, de asemenea, structura distinctă de două straturi a sacului amniotic.
Pentru a realiza acest lucru, echipa lui Santos a folosit o nouă metodă de cultură celulară. Au început cu celule stem embrionare, care pot crește pentru a deveni orice alt tip de celule din corp, dacă sunt dărâmate cu molecule de semnalizare specifice. Echipa a expus aceste celule la două dintre aceste semnale, numite BMP4 și Chir. S -au asigurat să oprească semnalele, adăugând BMP4 în primele 24 de ore de creștere, urmate de Chir încă 24 de ore.
Apoi, cercetătorii au lăsat celulele singure în mâncăruri de cultură cu fund rotund. „Restul a fost o autoorganizare completă”, ceea ce înseamnă că celulele stem maturizate și-au orchestrat propriul ansamblu într-o structură, a spus Santos.
Celulele unice s-au agregat în vase și au format structura distinctă cu două straturi, pline de fluid, pe care echipa o căutase. “Acest lucru vă arată doar că aceste celule stem embrionare au această tendință uimitoare de a se specializa și de a deveni tot ceea ce a dat instrucțiunile potrivite, despre care sunt încă uimit”, a spus Santos.
Înarmați cu noile lor modele, echipa și -a propus să răspundă la întrebări cheie despre modul în care SAC -urile amniotice influențează mediul lor. Ei au vrut să știe ce gene ar putea direcționa celulele să se transforme în PGA. Interferarea cu o listă lungă de gene pe care bănuiau că ar putea influența dezvoltarea celulelor, ei au descoperit că o singură genă, GATA3, ar putea transforma celulele în saci amniotici fără alte semnale.
Coduri GATA3 pentru un factor de transcripție – o proteină care pornește sau oprit alte gene. Santos și echipa ei au arătat că două dintre genele GATA3 reglementările sunt BMP4 și Chir, aceleași gene pe care le -a implicat protocolul lor de cultură.
Pentru a explora modul în care SAC -ul amniotic poate influența celulele din apropiere, și -au amestecat PGA -urile cu celule stem suplimentare care nu au fost eliminate pentru a deveni un tip de celule anume. Lăsate pe cont propriu, aceste celule ar fi continuat să existe în starea lor nespecializată. Dar lângă PGA -uri, s -au schimbat într -o serie de alte tipuri de celule „extraembryonice”, arătând că SAC -ul amniotic era capabil să conducă transformarea celulelor din jurul său.
Santos și echipa ei explorează acum posibile aplicații pentru noul lor sistem. Sacile amniotice au proprietăți antimicrobiene și antiinflamatorii, iar persoanele care au avut secțiuni C elective pot opta pentru a-și dona saci amniotici pentru a fi utilizate ca țesut de transplant în tratamente de ardere sau reparații de cornee. Aceste materiale donate pot fi dificil de standardizat, a spus Santos, dar PGA -urile ar putea oferi teoretic o sursă fiabilă a acestor celule dorite.
Yi Zhengun profesor asistent în inginerie biomedicală și chimică la Universitatea Syracuse, care nu a fost implicată în studiu, a declarat că vor fi necesare teste suplimentare pentru a vedea dacă PGA -urile ar putea furniza materiale utile clinic pentru astfel de proceduri.
El a adăugat că celulele mature, non-tulpină, pot fi transformate înapoi în celule stem numite celule stem pluripotente induse (IPSC). Poate, a spus Zheng, IPSC -urile transformate în PGAS ar putea fi deosebit de utile pentru aplicațiile medicale, în parte, deoarece puteți utiliza celulele proprii ale pacientului pentru a le genera.
Modele mai bune ale sacului amniotic ar putea ajuta, de asemenea, cercetătorii să înțeleagă de ce această structură critică uneori defectează uneori. Unele tulburări congenitale – ceea ce înseamnă că acei bebeluși sunt născuți – sunt legați de diferențele de mărime sau conținut al SAC înainte de naștere, iar Santos a spus că PGA -urile ar putea ajuta la explicarea acestei legături.
“Sunt extrem de încântat de potențialul acestor mici structuri”, a concluzionat ea.