Die Ergebnisse, die heute in einem Artikel in Nature beschrieben werden, könnten Wissenschaftlern dabei helfen, mehr darüber zu erfahren, wie sich menschliche Embryonen entwickeln, und Einblicke in Krankheiten geben sowie eine Alternative zu Tierversuchen bieten, so die Forscher.
Die neuen Modellembryos, die die Notwendigkeit von Spermien oder Eizellen umgehen, wurden im Labor neben natürlichen Mausembryos entwickelt. Sie spiegelten die gleichen Entwicklungsstadien bis zu achteinhalb Tagen nach der Befruchtung wider und entwickelten schlagende Herzen und andere Fundamente von Organen, einschließlich der Neuralrohre, die schließlich in Gehirn und Rückenmark übergehen.
„Ich denke, es ist ein großer Fortschritt“, sagt Leonardo Beccari vom Zentrum für Molekularbiologie Severo Ochoa in Madrid, der nicht an der Forschung beteiligt war.
Die Untersuchung, wie Mausstammzellen an diesem Punkt der Entwicklung interagieren, könnte auch wertvolle Erkenntnisse darüber liefern, warum menschliche Schwangerschaften in den frühesten Stadien scheitern und wie dies verhindert werden kann.
„Dies ist wirklich die erste Demonstration des Vorderhirns in allen Modellen der Embryonalentwicklung, und das war ein heiliger Gral für das Gebiet“, sagt David Glover, Forschungsprofessor für Biologie und Bioingenieurwesen am Caltech, einer der Mitautoren des Berichts.
Stammzellen können sich zu spezialisierten Zellen entwickeln, darunter Muskel-, Gehirn- oder Blutzellen. Die synthetischen Embryonen wurden aus drei Zelltypen von Mäusen hergestellt: embryonale Stammzellen, die den Körper bilden; Trophoblast-Stammzellen, die sich zur Plazenta entwickeln; und extraembryonale endodermale Stammzellen, die zur Bildung des Eisacks beitragen.
Die Embryonen wurden in einem künstlichen Inkubator entwickelt, der von Jacob Hanna vom Weizmann-Institut in Israel entwickelt wurde, der kürzlich realistisch aussehende Mäuseembryos mehrere Tage lang in einem mechanischen Mutterleib wachsen ließ, bis sie schlagende Herzen, fließendes Blut und Schädelfalten entwickelten. Hanna ist auch Co-Autorin der neuen Studie.
Durch die Nachahmung der natürlichen Prozesse, wie sich ein Mausembryo in einer Gebärmutter bildet, konnten die Forscher die Zellen dazu bringen, miteinander zu interagieren, was dazu führte, dass sie sich selbst zu Strukturen organisierten, die die Entwicklungsstadien bis zu dem Punkt durchliefen, an dem sie geschlagen hatten Herzen und Grundlagen für das gesamte Gehirn.