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Ein synthetischer Embryo mit Zellen, die in der Lage sind, ein Gehirn und ein schlagendes Herz zu bilden, wurde von Forschern der Universität Cambridge unter Verwendung von Stammzellen der Maus entwickelt. EuroNews bezeichnete dies als „einen weiteren Erfolg im Wettlauf um die Entwicklung von Embryonen aus menschlichen und Mäusestammzellen“.
Das Team unter der Leitung von Professor Magdalena Zernicka-Goetz entwickelte das Embryomodell, ohne Eizellen oder Spermien zu verwenden. Die Forscher verwendeten Stammzellen, insbesondere drei Arten, die in der frühen Entwicklung von Säugetieren vorkommen.
„Indem sie die Expression einer bestimmten Gruppe von Genen induzierten und ein einzigartiges Umfeld für ihre Interaktionen schufen, konnten die Forscher die Stammzellen dazu bringen, miteinander zu ‚reden'“, heißt es in einer Zusammenfassung der Arbeit.
„Die Stammzellen organisierten sich selbst zu Strukturen, die die verschiedenen Entwicklungsstadien durchliefen, bis sie über ein schlagendes Herz und die Grundlagen des Gehirns sowie den Dottersack verfügten, aus dem sich der Embryo in den ersten Wochen entwickelt und mit Nährstoffen versorgt wird.
Das von dem Cambridge-Team entwickelte synthetische Embryomodell ist einzigartig, da es einen Rekordentwicklungsstand erreicht hat, bei dem sich das gesamte Gehirn, einschließlich des vorderen Teils, zu entwickeln begann.
Die Ergebnisse, an denen die Forscher mehr als ein Jahrzehnt gearbeitet haben, könnten sich als nützlich erweisen, um zu verstehen, warum manche Schwangerschaften scheitern, und um synthetische Organe für Patienten zu entwickeln, die auf eine Transplantation warten.
Die Forschung eröffnet auch „neue Möglichkeiten, die Mechanismen der Neuroentwicklung in einem experimentellen Modell zu untersuchen“, so Zernicka-Goetz.
„In der Tat demonstrieren wir in der Arbeit den Beweis für dieses Prinzip, indem wir ein Gen ausschalten, von dem bereits bekannt ist, dass es für die Bildung des Neuralrohrs, dem Vorläufer des Nervensystems, und für die Entwicklung des Gehirns und der Augen wesentlich ist“, fuhr sie fort.
„Fehlt dieses Gen, zeigen die synthetischen Embryonen genau die bekannten Defekte in der Gehirnentwicklung wie bei einem Tier, das diese Mutation trägt. Das bedeutet, dass wir beginnen können, diese Art von Ansatz auf die vielen Gene mit unbekannter Funktion in der Gehirnentwicklung anzuwenden.“
Megan Munsie, Professorin für Stammzellen, schreibt in The Conversation:
Im Jahr 2021 gelang es mehreren Teams, menschliche pluripotente Stammzellen (Zellen, die sich in jede andere Art von Zelle verwandeln können) dazu zu bringen, sich in einer Petrischale selbst zu aggregieren und die „Blastozyste“ nachzuahmen. Dies ist das früheste Stadium der Embryonalentwicklung kurz vor dem komplexen Prozess der Einnistung, bei dem sich eine Masse von Zellen an der Gebärmutterwand festsetzt.
Forscher, die diese menschlichen Embryo-Modelle, oft Blastoide genannt, verwenden, konnten sogar damit beginnen, die Einnistung in einer Schale zu erforschen, aber dieser Prozess ist beim Menschen viel schwieriger als bei Mäusen.
Im Jahr 2019 berichtete Science Alert über einen „im Labor hergestellten menschlichen Embryo“, in dem es hieß, dass „Tiermodelle nur bedingt geeignet sind, um die komplexe Mischung aus genetischer und biochemischer Aktivität zu verstehen, die eine befruchtete Zelle in einen voll ausgebildeten Menschen verwandelt.“