初めて、マウスの胚が単一の体細胞から成長しました

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Anonim
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スペインの科学者たちは、哺乳類の初期発生をシミュレートする新しい方法を考え出しました。彼らは、単一の幹細胞から胚盤胞のような構造を成長させました。彼らはまた、体細胞を幹細胞に再プログラムし、そこから同様の胚を成長させることが可能であることを示しました。新しく形成された胚はマウスの子宮に移植され、それらの中にある本格的な組織は成長しなかったが、それらは発達し始めた。研究はジャーナルCellに掲載されています。

発生の最初の週の間に、哺乳類の胚はいくつかの段階を経ます。最初に-粉砕、同一の細胞の塊-割球-が形成されます。次に-圧縮、割球が圧縮され、桑実胚を形成します。次に、それらの中央に空洞が形成され、胚盤胞が形成されます。これは細胞球であり、その中に液体のある空洞と隣接する細胞の塊があります。ボールの表面は栄養膜と呼ばれ、その後胚体外膜(胎盤を含む)を形成します。内部の細胞塊は、一部は膜に、一部は胚の実際の組織に変わります。両方の細胞層が胚盤胞に形成された後、それは子宮の壁に着床され、そこで細胞はさらに特殊化し始め、体軸(前後および上下)が生じます。

しかし、これらのプロセスはすべて子宮内で行われるため、実験室で研究するのはかなり困難です。このために、原則として、幹細胞培養が使用され、そこから科学者は、発生のある段階または別の段階で胚のモデルを(時には文字通り、層ごとに)組み立てようとします。最近、マイクロフルイディクスの助けを借りて、マウスの移植後の発達の模倣を作成することが初めて可能になったという事実について話しました。

それにもかかわらず、これまでに知られている人工胚を構築するすべての方法は、それらを完全に実行不可能にします。これまでで最も遠いのは、胚性幹細胞と栄養膜幹細胞の2種類の細胞から胚盤胞(胚盤胞のような構造)を組み立てたオランダの科学者の実験です。これらの胚はなんとか子宮に着床することさえできましたが、着床前の発達の初期段階を研究することは不可能です。

この方向への次のステップは、ムルシアカトリック大学(スペイン)とソーク研究所(米国)のフアンカルロスイズピスアベルモンテ教授が率いる国際的な科学者グループによってとられました。彼らは、増殖した多能性幹細胞に基づいて胚を作ることにしました。これらの細胞は割球に似ています。つまり、胚だけでなく胚体外組織も発生させることができます。それらを入手するために、研究者らは胚性幹細胞を採取し、シグナル伝達物質のカクテルの影響下で培養し、失われた機能を「回復」させました。

研究者らは、栄養膜と内部細胞塊の両方の分化を引き起こす物質でこのような多能性細胞に作用すると、約15%のケースで本格的なウミツボミがそれらから成長することを発見しました。しかし、胚性幹細胞では、実験を繰り返すことはできませんでした-ウミツボミはそれらから形成されませんでした。

割球様細胞が個別に増殖したとき、それらは最初に死んだ。次に、科学者たちはピューロマイシンに耐性のある細胞のラインを取り、それを他の不安定な細胞と混合しました。それらはしばらく一緒に成長し、次にピューロマイシンで処理され、「ヘルパー細胞」は死にました。したがって、他の細胞の一時的なサポートの助けを借りて、単一の幹細胞から胚を成長させることが可能でした-しかし、2、7パーセントのケースでのみ。

研究者らは、彼らのウミツボミが通常の胚盤胞に類似していることを確認しました:細胞組成、異なるマーカーの染色、および遺伝子発現。彼らは、ウミツボミが哺乳類の発達に特徴的なプロセス、たとえばX染色体の不活性化によって特徴付けられることさえ確認しました。発生初期の内部細胞塊では、そのコピーの両方がアクティブであり、栄養膜細胞では、原則として、父方のX染色体は「沈黙します」-これはまさに、ウミツボミ。

その後、研究の著者は、彼らのウミツボミがinvitroで胚盤胞に類似していることを示しました。たとえば、彼らは胚性幹細胞の培養物を分離し、それらが通常のマウスの胚に組み込まれ、キメラ動物を生産できることを示しました。さらに、ウミツボミは培養することができ、それらの細胞はさまざまな移植後組織を形成し始めます。

ウミツボミは子宮内のマウスに植えられ、それらの約7パーセントが移植されました。人工胚は、胎盤の前駆体である子宮内に脱落膜組織の形成を引き起こし、母親の体からの色素が胚に入るのに十分な、子宮との密接な接触を確立しました。胚は少なくとも7〜8日まで発育を続け、組織は徐々に発育しましたが、発育中の健康な胚に大きく遅れをとっていました。

最後に、科学者たちはマウスの体細胞から割球様細胞を取得しました。彼らは、人工多能性細胞の作成と同じ原理に従ってそれらを再プログラムし、得られた培養物は、「改善された」多能性細胞と特性が類似していることが判明しました。また、ウミツボミを成長させ、子宮に移植することもできました。

新しい方法がまだ完全に実行可能な胚の作成につながっていないという事実にもかかわらず、研究の著者は、いつの日かそれがその助けを借りてバイオエンジニアリングされた胚を成長させることができると期待しています。これが実際にうまくいく場合は、クローン作成の3番目の方法について説明できます。現在、2つが知られています:体細胞核の卵子への移動と、人工多能性細胞の外来胚への移動です。クローン作成の3番目の方法が機能する場合、胚は成体生物の体細胞から完全に発達するため、これが最初の「実際の」クローン作成になります。

フアンベルモンテは、発生学と幹細胞の分野での彼の大胆な仕事で有名です。そのため、2016年に、彼のリーダーシップの下にあるグループが、マウスのin vivoリプログラミング、つまり老化と戦うための体細胞の「若返り」を初めてテストしました。そして2019年7月、彼と彼の同僚は男性とサルのキメラ胚を作成しました-しかし、このために彼は中国に向けて出発しなければなりませんでした。

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