Appena due settimane dopo aver annunciato lo sviluppo di un modello di embrione di topo, completo di cuori che battono e le basi per un cervello e altri organi, dalle cellule staminali del topo, i ricercatori del laboratorio di Magdalena Zernicka-Goetz, professoressa di biologia e ingegneria biologica a Bren, hanno pubblicato nuove scoperte su un altro modello di embrione di topo che raggiunge stadi di sviluppo simili, ma creato solo da cellule staminali embrionali di topo. Questa modifica ha semplificato il protocollo e facilita l'adozione del modello embrionale in altri laboratori.

Il nuovo studio appare sulla rivista Cell Stem Cell l'8 settembre. La ricerca è stata condotta dagli studenti laureati Kasey Lau e Hernan Rubinstein rispettivamente dell'Università di Cambridge e del Weizmann Institute of Science.

"Questa scoperta apre nuove strade per capire perché la grande maggioranza delle gravidanze umane si perde e per creare conoscenze che impediranno che ciò accada", afferma Zernicka-Goetz, che è anche professore di sviluppo dei mammiferi e biologia delle cellule staminali all'Università di Cambridge presso il Dipartimento di Fisiologia, Sviluppo e Neuroscienze. "Questa conoscenza ci consentirà anche, con il tempo, di riparare tessuti e organi in modo molto più efficace di quanto possiamo fare ora".

"Man mano che sviluppiamo ulteriormente questi modelli, impareremo di più sui segnali che avviano e guidano lo sviluppo degli organi, che ci forniranno percorsi per aiutare a generare organi in coltura che alla fine troveranno applicazione nella chirurgia dei trapianti o nella medicina rigenerativa". lei spiega.

In un articolo pubblicato sulla rivista Nature il 25 agosto, il team ha descritto in dettaglio come sviluppare un modello di embrione di topo a partire da cellule staminali embrionali ed extraembrionali di topo. Invece di creare embrioni di topo con il metodo biologico naturale di combinazione di uovo e sperma, il team ha guidato tre popolazioni di cellule staminali coltivate a interagire, inducendo l'espressione di determinati geni e stabilendo un ambiente in cui le cellule "parlano" tra loro. Di conseguenza, le cellule staminali si sono auto-organizzate in strutture che sono poi progredite attraverso fasi di sviluppo successive fino a quando il modello di embrione di topo ha avuto cuori battenti e le basi per un cervello e tutti gli altri organi, oltre al sacco vitellino e che facilitano gas e sostanze nutritive scambio tra l'embrione e la madre. Questa è la fase di sviluppo più avanzata raggiunta fino ad oggi in un modello derivato da cellule staminali.

Naturalmente, nei primi giorni dopo la fecondazione, nei primi embrioni di topo si sviluppano tre tipi principali di tessuti:uno alla fine diventerà i tessuti del corpo e gli altri due supporteranno lo sviluppo dell'embrione. Uno di questi ultimi due tipi, noto come trofectoderma, diventerà la placenta, che collega il feto alla madre e fornisce ossigeno e sostanze nutritive. L'altro, noto come endoderma primitivo, darà origine al sacco vitellino, dove cresce l'embrione e da cui riceve i nutrienti nelle prime fasi dello sviluppo.

Tre tipi di cellule staminali possono essere derivati ​​da ciascuno di questi tre tessuti dall'embrione di topo e coltivati ​​a tempo indeterminato in laboratorio.

Basandosi sulla ricerca precedente, il modello di embrione di topo riportato nel nuovo documento è costituito da un solo tipo di cellula staminale coltivata:le cellule staminali embrionali (ESC). Gli ESC non trattati diventano il corpo dell'embrione. Un'altra linea ESC è convinta dai ricercatori a diventare come cellule staminali endodermiche extraembrionali, che forniscono una serie di segnali di sviluppo. Il team guida anche una terza linea ESC per diventare come le cellule staminali del trofoblasto, che forniscono una seconda serie di segnali di sviluppo. Pertanto, il team è in grado di ricostituire i tre principali tessuti dell'embrione di topo in via di sviluppo iniziando solo con le ESC. Ciò ha semplificato il protocollo pur preservando gli importanti eventi di segnalazione tra i tre tessuti, che sono fondamentali per costruire il piano corporeo dell'embrione.

"Dei tre tipi di cellule staminali, solo gli ESC sono pluripotenti, vale a dire, solo gli ESC hanno il potenziale per svilupparsi in qualsiasi tessuto del corpo", spiega Zernicka-Goetz. "Ma per fare ciò, richiedono gli altri due tipi di cellule staminali extra-embrionali. Gli ESC possono essere indirizzati a diventare questi altri due tipi di cellule extra-embrionali. In questo modo, ci ritroviamo con tre tipi di cellule iniziali, tutti generati dal singola linea ESC." + Esplora ulteriormente

Embrione di topo "sintetico" con cervello e cuore pulsante cresciuto da cellule staminali