Synthetische Embryonen haben jetzt ein Gehirn und ein schlagendes Herz

Nach mehr als einem Jahrzehnt der Forschung ist es Wissenschaftlern gelungen, „ganze“ synthetische Mausembryonen zu erzeugen. Durch die Visualisierung des sich entwickelnden Embryos wird es möglich sein, besser zu verstehen, warum manche Schwangerschaften vorzeitig scheitern. Die Methode könnte auch dazu dienen, synthetische menschliche Organe für Transplantationen zu entwickeln.

Forscher der Universitäten Cambridge und Caltech haben aus Stammzellen (die sich in jeden Zelltyp unterscheiden können) künstliche Mausembryonen mit einem schlagenden Herzen, den Grundlagen eines Gehirns und allen anderen Organen des Mauskörpers geschaffen. Laut dem Team sind ihre in Nature berichteten Ergebnisse das Ergebnis von mehr als einem Jahrzehnt Forschung, die schließlich zu immer komplexeren embryonalen Strukturen geführt hat.

Eine Selbstorganisation embryonaler Stammzellen, ohne Befruchtung

Beim Menschen entwickeln sich in der ersten Woche nach der Befruchtung drei Arten von Stammzellen: Eine davon wird zu Körpergewebe und die beiden anderen unterstützen die Entwicklung des Embryos (extraembryonale Zellen). Für das Experiment brachten die Forscher die drei Zelltypen lediglich dazu, sich selbst zusammenzusetzen, ohne dass sie eine Eizelle oder ein Spermium benötigten. Die synthetischen Embryonen entwickelten sich bis zum Tag 8,5 und verfügten über ein schlagendes Herz, die Grundlagen eines Gehirns sowie den Dottersack, in dem sich der Embryo entwickelt und aus dem er in den ersten Wochen Nährstoffe erhält.

Dies ist das bislang fortschrittlichste Entwicklungsstadium, das in einem aus Stammzellen gewonnenen Modell erreicht wurde. „Unsere Ergebnisse demonstrieren die Fähigkeit zur Selbstorganisation embryonaler Stammzellen und zweier Arten extraembryonaler Stammzellen, um die Entwicklung von Säugetieren durch und über die Gastrulation hinaus bis zur Neurulation und frühen Organogenese zu rekonstruieren“, schreiben die Autoren der Studie.

„Zugang zu sich entwickelnden Strukturen“

Der Fortschritt ist zwar bemerkenswert, aber wozu kann er dienen? „Das Modell des Stammzellenembryos ist wichtig, weil es uns Zugang zu einer sich entwickelnden Struktur in einem Stadium verschafft, das uns normalerweise aufgrund der Implantation des winzigen Embryos in die Gebärmutter der Mutter verborgen bleibt“, erklärte Magdalena Zernicka-Goetz, Koautorin der Studie, in einer Pressemitteilung. „Diese Zugänglichkeit ermöglicht es uns, Gene zu manipulieren, um ihre Rolle bei der Entwicklung in einem experimentellen Modellsystem zu verstehen.“

Eines der Hauptinteressen besteht darin, besser zu verstehen, warum sich manche Embryonen zu Föten entwickeln, andere aber nicht und dies verhindern zu können. Das Team um Zernicka-Goetza fand heraus, dass extraembryonale Zellen chemische und mechanische Signale an die embryonalen Zellen senden und so die Entwicklung des Embryos steuern. Viele Schwangerschaften scheitern jedoch in dem Moment, in dem die Stammzellen beginnen, einander diese Art von Signalen zu senden.

Als letzter Schritt könnte die Methode mit menschlichen Stammzellen erneut angewendet werden. Diese Zellen würden dann dazu dienen, die Reparatur und Entwicklung synthetischer menschlicher Organe für Patienten, die auf eine Transplantation warten, zu steuern. Weltweit steigt der Bedarf an Organtransplantationen; allein in Deutschland warten derzeit mehr als 8.700 Menschen auf eine Transplantation.

Urhebender Autor: Claire Manière