Naukowcom udało się wyhodować w laboratorium wyjątkowy okaz myszy. Maleńki embrion ma bijące serce, zaczynają się w nim rozwijać mięśnie, naczynia krwionośne, jelita i układ nerwowy. Wszystko zostało stworzone sztucznie, z mysich komórek macierzystych. Te przełomowe badania mogą w przyszłości pomóc w sztucznym hodowaniu organów ssaków.
Powstanie tak dobrze ukształtowanego embrionu myszy eksperci określają wręcz „cudem”, który pomoże zrozumieć rozwój ssaków, zwalczać choroby, tworzyć nowe leki, a w przyszłości hodować tkanki i organy dla ludzi potrzebujących przeszczepów. Główni autorzy badan Christine i Bernard Thisse przekonują, że to wielki krok naprzód w wysiłkach mających na celu naśladowanie naturalnego rozwoju ssaka za pomocą komórek macierzystych. Odkrycie opisano w czasopiśmie „Nature Communications” (DOI: 10.1038/s41467-021-23653-4).
- Znaleźliśmy sposób na „poinstruowanie” komórek macierzystych, aby zainicjowały rozwój embrionalny. W odpowiedzi na te kontrolowane instrukcje, komórki rozwijają się w jednostki przypominające kolejne etapy rozwoju embrionu - wyjaśnia dr Christine Thisse. - Niesamowite jest to, że możemy uzyskać różnorodność tkanek, które są obecne w autentycznym embrionie myszy – podkreśla.
- Ludzkie narządy są zbudowane z wielu typów komórek, które pochodzą z różnych części rosnącego embrionu – mówi z kolei dr Bernard Thisse. - Na przykład jelito jest zbudowane z komórek, które tworzą rurkę pustą w środku. Podobne komórki i „rurki” udało się już wcześniej wyhodować w laboratorium – dodaje.
Badacz podkreśla jednak, że takie komórki nie wystarczą, aby stworzyć funkcjonujące poprawnie jelita. - Ten organ zawiera inne składniki, takie jak mięśnie gładkie, naczynia krwionośne i nerwy, które kontrolują funkcję jelit i które są wykonane z komórek innego pochodzenia. Jedynym sposobem na posiadanie całej różnorodności komórek niezbędnych do powstania funkcjonalnych organów jest opracowanie systemów, w których obecne są wszystkie komórki organów. Embriopodobne jednostki, które stworzyliśmy przy użyciu komórek macierzystych, właśnie to zapewniają – mówi B. Thisse.
Komórki macierzyste są wyjątkowe i mogą przekształcać się w inne typy komórek o określonych funkcjach. Innymi słowy komórki macierzyste zmieniają się w nasze serca, mózgi, kości, nerwy itd. Dlatego naukowcy chętnie wykorzystują ich potencjał do rozwoju badań medycznych. Jednak jak dotąd opracowanie zaawansowanych organów z wieloma typami komórek było niemożliwe. O wiele łatwiej jest kierować powstawaniem pojedynczego typu komórki, niż stworzyć całą ich „symfonię” potrzebną do tego, by organ rozwijał się podobnie jak w naturze.
Zdaniem badaczy, opracowany przez Thissów sposób jest bardzo wyrafinowany. Po raz pierwszy udało się za pomocą in vitro stworzyć embrion ssaka z tak wieloma tkankami zbudowanymi z komórek macierzystych. Co najważniejsze, struktury te są zorganizowane tak, jak powinny być: różne typy komórek są prawidłowo splecione ze sobą, tak jak w poprawnie funkcjonujących organach. To przełomowe osiągnięcie.
W trakcie badań Thissowie i ich współpracownicy musieli pokonać wiele problemów związanych z komórkami macierzystymi. Wcześniejsze próby kończyły się fiaskiem: embriony i organy nie rozwijały się prawidłowo lub nie były odpowiednio zorganizowane. Thissom udało się pokonać wcześniejsze przeszkody, czego rezultatem jest wyhodowany w laboratorium, rozwinięty embrion myszy z prawidłowo zorganizowanymi komórkami i tkankami: przewód pokarmowy zaczyna się rozwijać, serce bije, po raz pierwszy w in vitro rozwija się też układ nerwowy.
- Ten mysi model in vitro pokazuje, że jesteśmy w stanie skłonić komórki macierzyste do realizacji złożonych programów rozwojowych w odpowiednim czasie. Posiadanie tak różnorodnych tkanek pozwala nam mieć nadzieję, że naukowcy będą w stanie budować narządy z odpowiednim unaczynieniem, unerwieniem i interakcjami z innymi tkankami – mówi C. Thisse. - To niezbędne, aby pewnego dnia móc produkować funkcjonalne ludzkie organy zastępcze w laboratorium. Pozwoliłoby to przezwyciężyć niedobór organów do przeszczepów – podkreśla badaczka.
Naukowcy zaznaczają, że wyhodowany przez nich embrion nie jest wciąż kompletną i zdolną do życia poza próbówką myszą. Nie może się też w nią rozwinąć. Wciąż brakuje wielu ważnych elementów, takich jak na przykład przednia część mózgu. Na razie prawidłowy rozwój embrionów zatrzymuje się w pewnym momencie.
Prawdziwym osiągnięciem badaczy jest opracowanie skutecznej metody tworzenia skomplikowanych, embrionalnych struktur, naśladujących rozwój myszy. Dzięki temu naukowcy zyskali większą kontrolę nad komórkami macierzystymi niż kiedykolwiek wcześniej.
- W embrionach, które obecnie produkujemy, brakuje przednich części mózgu - mówi Bernard Thisse. - Jednak dzięki opracowanym technikom, powinniśmy za jakiś czas być w stanie tak manipulować sygnałami, które kontrolują tworzenie embrionów, że wyhodujemy wszystkie tkanki – przekonuje.
Przełomu dokonano na University of Virginia School of Medicine. W skład zespołu badawczego wchodzili: Peng-Fei Xu, Ricardo Moraes Borges, Jonathan Fillatre, Maraysa de Oliveira-Melo, Tao Cheng, Bernard Thisse i Christine Thisse.
Źródło: University of Virginia School of Medicine
