科学者たちは、実験室での哺乳類の胚発生の自然なプロセスを、脳と心臓の発生まで再現してきました。 研究者は、幹細胞を使用して、8.5日までの子宮内の自然な発生プロセスを再現する人工マウス胚を子宮外に作成しました。 これは合成生物学のマイルストーンです。 将来的には、これがヒト人工胚に関する研究の指針となるでしょう。 可能性 合成繊維の開発と生産の先駆けとなる 臓器 移植を待つ患者さんへ。
胚は通常、精子が卵子と出会って接合子を形成し、分裂して受精卵になることによって始まる生殖という一連の自然現象の中間的な発生段階として理解されています。 胚、その後、妊娠の完了時に胎児と新生児に発達します。
胚細胞の進歩 核移植 精子による卵子の受精のステップをスキップする例を見た。 1984年、卵から胚が作られ、その元の一倍体核が除去され、ドナー胚細胞の核と置き換えられ、代理動物での発育に成功し、最初のクローン羊の赤ちゃんが誕生した。 体細胞核移植 (SCNT) の完成により、1996 年に成熟した成体細胞から羊のドリーが誕生しました。 これは、成体の細胞から哺乳動物のクローンを作成した最初のケースでした。 ドリーのケースはまた、個別化された幹細胞の開発の可能性を切り開きました。 どちらの場合も精子は使用されませんでしたが、成長して胚になるのは卵子（核が置換されたもの）でした。 したがって、これらの胚は依然として自然のままでした。
卵子さえ関与せずに胚を作成できますか? もしそうなら、そのような胚は、配偶子（性細胞）が使用されない程度まで合成されます. 最近では、そのような胚 (または「胚様」または胚様体) は、胚性幹細胞 (ESC) を使用して日常的に作成され、培養されています。 ビトロ 研究所で。
哺乳類の中で、マウスは生殖に比較的短い期間 (19 ～ 21 日) しかかからないため、マウス胚は便利な研究モデルになります。 全体のうち、着床前の期間は約 4 ～ 5 日で、残りの 15 日 (全体の約 75%) は着床後です。 着床後の発育のために、胚は子宮内に着床する必要があり、外部から観察することはできません。 母体の子宮へのこの依存は、調査に障壁を課します。
2017 年は、哺乳類の胚培養の歴史において重要な年でした。 合成マウス胚を作成する取り組みは、研究者が胚性幹細胞が自己組織化および自己組織化する能力を持っていることを明確に示したときに盛り上がりました ビトロ 重要な点で自然の胚に似た胚のような構造を生み出す1,2。 ただし、次のような制限がありました。 子宮 障壁。 着床前胚の培養は日常的に行われています ビトロ しかし、着床後のマウス胚の子宮外培養のための堅牢なプラットフォーム (卵円柱段階から高度な器官形成まで) は利用できませんでした。 これに対処するためのブレークスルーは、昨年 2021 年に研究チームが母体の子宮外でのマウス胚の着床後の発育に効果的な培養プラットフォームを発表したときでした。 子宮外でこのプラットフォームで成長した胚は、私を正確に再現することがわかった胎内 開発3. この開発は子宮の障壁を克服し、研究者が着床後の形態形成をよりよく理解することを可能にし、人工胚プロジェクトが高度な段階に達するのを助けました.
今回、8.5つの研究グループが、これまで最長となるXNUMX日間の合成マウス胚の成長を報告した。これは、明確に区別するには十分な長さでした 臓器 （心臓の鼓動、腸管、神経ひだなど）が発達していること。この最近の進歩は本当に驚くべきものです。
1 年 2022 月 XNUMX 日に Cell で報告されたように、研究チームは母体の子宮外でナイーブな胚性幹細胞 (ESC) のみを使用してマウスの合成胚を生成しました。 彼らは幹細胞を共凝集させ、最近開発された培養プラットフォームを使用してそれらを処理しました。 子宮外 胚と胚外コンパートメントの両方を持つ原腸陥入後の合成全胚を得るための成長。 合成胚は、マウス胚の 8.5 日段階のマイルストーンを十分に達成しました。 この研究は、ナイーブ多能性細胞が原腸陥入を超えて哺乳類の胚全体を自己集合および自己組織化し、モデル化する能力を強調しています4.
25 年 2022 月 8.5 日に Nature に掲載された最新の研究では、研究者は胚外幹細胞を使用して、胚性幹細胞 (ESC) の発生能力を拡張しました。 彼らは、マウスESC、TSC、およびiXEN細胞を使用してインビトロで合成胚を組み立てた.これは、XNUMX日目までの子宮内でのマウスの自然な全胚発生を再現した. この合成胚は、前脳と中脳の領域、鼓動する心臓のような構造、神経管を含む幹、神経中胚葉前駆細胞を含む尾芽、腸管、および原始生殖細胞を定義していました。 全体が胚外嚢の中にあった5. したがって、この研究では、1 年 2022 月 XNUMX 日に Cell で報告された研究と比較して、器官形成がより高度で注目に値するものでした。おそらく、XNUMX 種類の胚外幹細胞を使用することで、この研究で胚性幹細胞の発生能が強化されました。 興味深いことに、以前の研究ではナイーブな胚性幹細胞 (ESC) のみが使用されました。
これらの成果は、これまでの哺乳動物の合成胚に関する研究の最も遠い点であるため、本当に注目に値します。 哺乳類の脳を作成する能力は、合成生物学の主要な目標でした。 実験室で着床後の胚発生の自然なプロセスを再現することで、子宮の障壁を克服し、研究者が通常は子宮に隠されている生命の初期段階を研究できるようになります。
倫理的な問題はあるものの、マウスの人工胚に関する研究の成果は、近い将来、移植を待つ患者のための人工臓器の開発と生産の先駆けとなるヒトの人工胚に関する研究の指針となるでしょう。
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参照：
- ハリソンSE ら 2017. in vitro での胚発生を模倣するための胚および胚外幹細胞の組み立て。 理科。 2 年 2017 月 356 日。第 6334 巻、第 XNUMX 号。DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810
- Warmflash A. 2017. 合成胚: 哺乳類の発達への窓。 細胞 幹細胞。 第 20 巻、第 5 号、4 年 2017 月 581 日、ページ 582-XNUMX。 土井: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001
- アギレラ＝カストレホン、A. ら 2021年。原腸形成前から後期器官形成までの子宮外マウス胚形成。 自然 593、119–124。 https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3
- タラジ S. 他 2022. 原腸形成後の合成胚は、マウスナイーブ ESC から子宮外で生成されました。 細胞。 公開日: 01 年 2022 月 XNUMX 日。DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028
- アマデイ、G. ら 2022. 合成胚は、原腸形成から神経形成および器官形成までを完了します。 公開日: 25 年 2022 月 XNUMX 日。自然。 土井: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3
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