Magsisimula ba ang Synthetic Embryo sa Panahon ng Mga Artipisyal na Organo?   

Ginagaya ng mga siyentipiko ang natural na proseso ng mammalian embryonic development sa laboratoryo hanggang sa punto ng pag-unlad ng utak at puso. Gamit ang mga stem cell, ang mga mananaliksik ay lumikha ng mga sintetikong mouse embryo sa labas ng matris na nagre-recapital ng natural na proseso ng pag-unlad sa sinapupunan hanggang sa araw na 8.5. Ito ay isang milestone sa synthetic biology. Sa hinaharap, gagabay ito sa mga pag-aaral sa mga sintetikong embryo ng tao, na siya namang maaari maghatid sa pagbuo at paggawa ng sintetiko mga organo para sa mga pasyenteng naghihintay ng mga transplant. 

Ang isang embryo ay karaniwang nauunawaan bilang isang intermediate na yugto ng pag-unlad sa sunud-sunod na natural na kababalaghan ng pagpaparami na pinasimulan ng pagtatagpo ng tamud sa isang ovum upang bumuo ng isang zygote, na nahahati upang maging isang embrayo, na sinundan pagkatapos ng pag-unlad sa isang fetus at isang bagong panganak sa pagkumpleto ng pagbubuntis.  

Mga pagsulong sa embryonic cell paglipat ng nuklear nakita ang pagkakataon ng paglaktaw sa hakbang ng pagpapabunga ng isang itlog sa pamamagitan ng tamud. Noong 1984, ang isang embryo ay nilikha mula sa isang itlog kung saan ang orihinal na haploid nucleus ay tinanggal at pinalitan ng nucleus ng isang donor embryonic cell na matagumpay na sumailalim sa pag-unlad sa isang kahalili upang ipanganak ang unang na-clone na sanggol na tupa. Sa pagiging perpekto ng Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT), nilikha si Dolly the sheep noong 1996 mula sa isang mature adult cell. Ito ang unang kaso ng pag-clone ng mammal mula sa adult cell. Ang kaso ni Dolly ay nagbukas din ng posibilidad ng pagbuo ng mga personalized na stem cell. Sa parehong mga kaso, ang tamud ay hindi ginamit, gayunpaman ito ay ang itlog (na may pinalitan na nucleus) na lumaki upang maging embryo. Kaya, dahil dito, natural pa rin ang mga embryong ito.  

Maaari bang malikha ang mga embryo nang walang paglahok kahit isang itlog? Kung gayon, ang mga naturang embryo ay magiging sintetiko sa lawak na walang mga gametes (sex cell) na gagamitin. Sa mga araw na ito, ang mga naturang embryo (o 'embryo-like' o embryoids) ay karaniwang ginagawa gamit ang Embryonic stem cells (ESC) at pinag-kultura. sa vitro sa lab.  

Sa mga mammal, ang mga daga ay tumatagal ng medyo maikling panahon (19-21 araw) upang makapanganak na ginagawang maginhawang modelo ng pag-aaral ang mouse embryo. Sa kabuuan, ang pre-implantation period ay humigit-kumulang 4-5 araw habang ang natitirang 15 araw (mga 75% ng kabuuan) ay post implantation. Para sa post-implantation development, ang embryo ay kailangang itanim sa loob ng matris na ginagawang hindi naa-access para sa panlabas na pagmamasid. Ang pag-asa sa maternal na matris ay nagpapataw ng isang hadlang sa pagsisiyasat.    

Ang taong 2017 ay makabuluhan sa kasaysayan ng kultura ng mammalian embryo. Ang mga pagsisikap na lumikha ng mga sintetikong embryo ng mouse ay nakakuha ng kabuluhan nang malinaw na ipinakita ng mga mananaliksik na ang mga embryonic stem cell ay may kakayahang mag-ipon at ayusin ang sarili. sa vitro upang magbunga ng mga istrukturang tulad ng embryo na kahawig ng mga natural na embryo sa mahahalagang paraan^1,2. Gayunpaman, may mga limitasyon na nagmula sa may isang ina mga hadlang. Ito ay nakagawian sa kultura ng pre-implantation embryo sa vitro ngunit ang anumang matatag na plataporma para sa ex-utero na kultura ng post implantation mouse embryo (mula sa mga yugto ng egg cylinder hanggang advanced organogenesis) ay hindi magagamit. Ang isang pambihirang tagumpay upang matugunan ito ay dumating noong nakaraang taon noong 2021 nang ang isang pangkat ng pananaliksik ay nagpakita ng isang platform ng kultura na epektibo para sa post-implantation development ng mouse embryo sa labas ng maternal uterus. Ang isang embryo na lumaki sa platform ex utero na ito ay natagpuang tumpak na nagrecapitulate in utero pag-unlad³. Nalampasan ng pag-unlad na ito ang mga hadlang sa matris at pinagana ang mga mananaliksik na mas maunawaan ang post-implantation morphogenesis at sa gayon ay nakatulong ang sintetikong embryo na proyekto na makarating sa isang advanced na yugto. 

Ngayon, dalawang grupo ng pananaliksik ang nag-ulat ng lumalagong sintetikong mouse embryo sa loob ng 8.5 araw na pinakamatagal sa ngayon. Ito ay sapat na mahaba para sa natatanging mga organo (tulad ng pagtibok ng puso, gut tube, neural fold atbp) na nabuo. Ang pinakabagong pag-unlad na ito ay talagang kapansin-pansin.  

Gaya ng iniulat sa Cell noong ika-1 ng Agosto 2022, nakabuo ang research team ng mga synthetic na embryo ng mouse gamit lamang ang naïve Embryonic Stem Cells (ESCs) sa labas ng maternal uterus. Pinagsama-sama nila ang mga stem cell at pinoproseso ang mga ito gamit ang kamakailang binuo na platform ng kultura para sa matagal ex-utero paglago upang makakuha ng post-gastrulation synthetic whole embryo na may parehong embryonic at extraembryonic compartments. Ang synthetic na embryo ay kasiya-siyang nakamit ang mga milestone para sa 8.5 araw na yugto ng mga embryo ng mouse. Ang pag-aaral na ito ay nagha-highlight ng kakayahan ng mga walang muwang na pluripotent na mga cell na mag-ipon ng sarili at mag-organisa at mag-modelo ng buong mammalian embryo na lampas sa gastrulation.⁴. 

Sa pinakahuling pag-aaral na inilathala sa Kalikasan noong ika-25 ng Agosto 2022, ang mga mananaliksik ay gumamit din ng mga extraembryonic stem cell upang mapalawak ang potensyal na pag-unlad ng mga embryonic stem cell (ESC). Nag-assemble sila ng mga sintetikong embryo sa vitro gamit ang mouse ESCs, TSCs at iXEN cells na nagrecapitulate ng natural na buong embryonic development ng mouse sa uterus hanggang sa araw na 8.5. Tinukoy ng synthetic na embryo na ito ang mga rehiyon ng forebrain at midbrain, isang tumitibok na istrakturang tulad ng puso, isang trunk na binubuo ng isang neural tube, isang tail bud na naglalaman ng neuromesodermal progenitors, isang gut tube, at primordial germ cells. Ang buong bagay ay nasa loob ng isang extra-embryonic sac⁵. Kaya, sa pag-aaral na ito, ang organogenesis ay mas advanced at kapansin-pansin kumpara sa pag-aaral na iniulat sa Cell noong ika-1 ng Agosto 2022. Marahil, ang paggamit ng dalawang uri ng extra-embryonic stem cell ay nagpahusay ng potensyal na pag-unlad ng mga embryonic stem cell sa pag-aaral na ito. Kapansin-pansin, ang mga walang muwang na Embryonic Stem Cell (ESC) lamang ang ginamit sa naunang pag-aaral.  

Ang mga tagumpay na ito ay talagang kapansin-pansin dahil ito ang pinakamalayong punto sa ngayon sa mga pag-aaral sa mga sintetikong mammalian embryo. Ang kakayahang lumikha ng utak ng mammalian ay isang pangunahing layunin ng sintetikong biology. Ang muling paglikha ng natural na proseso ng post-implantation embryonic development sa laboratoryo ay nagtagumpay sa uterine barrier at ginagawang posible para sa mga mananaliksik na pag-aralan ang pinakamaagang yugto ng buhay na karaniwang nakatago sa matris.  

Sa kabila ng mga isyu sa etika, ang mga tagumpay sa mga pag-aaral sa mouse synthetic embryo ay gagabay sa mga pag-aaral sa mga human synthetic embryo sa malapit na hinaharap na maaaring maghatid sa pagbuo at paggawa ng mga sintetikong organo para sa mga pasyenteng naghihintay ng mga transplant.  

*** 

Sanggunian:  

1. Harrison SE et al 2017. Pagpupulong ng mga embryonic at extraembryonic stem cell upang gayahin ang embryogenesis sa vitro. AGHAM. 2 Mar 2017. Vol 356, Isyu 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. Synthetic Embryos: Windows into Mammalian Development. Cell Stem cell. Tomo 20, Isyu 5, 4 Mayo 2017, Pahina 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. Aguilera-Castrejon, A., et al. 2021. Ex utero mouse embryogenesis mula pre-gastrulation hanggang late organogenesis. Kalikasan 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. Tarazi S., et el 2022. Ang post-gastrulation synthetic embryo ay nabuo ng ex utero mula sa mga mouse naive na ESC. Cell. Na-publish: Agosto 01, 2022. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. Amadei, G., et al 2022. Ang mga sintetikong embryo ay kumpletuhin ang gastrulation sa neurulation at organogenesis. Nai-publish: 25 August 2022. Kalikasan. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***