Para ilmuwan menumbuhkan kantung ketuban mini di laboratorium menggunakan sel induk
Para peneliti telah mengembangkan model laboratorium baru yang tumbuh dari sel induk yang mereplikasi kantung ketuban manusia dalam dua hingga empat minggu pertama setelah pembuahan.
Strukturnya, yang menurut para peneliti adalah model amniotik paling canggih dan matang yang pernah dibuat, dapat menawarkan wawasan baru tentang pengembangan manusia dan mengarah pada produk sel untuk prosedur medis, dari perawatan luka bakar hingga rekonstruksi kornea, tim melaporkan dalam sebuah studi yang diterbitkan 10 Juli di jurnal tersebut Sel.
Embrio manusia yang tumbuh tidak sendirian dalam perjalanan perkembangannya. “Jaringan pendukung seperti plasenta, seperti kantung ketuban, tumbuh dengan embrio dan sangat penting untuk pertumbuhan dan kelangsungan hidup embrio,” kata rekan penulis studi Silvia Santosseorang pemimpin kelompok di Francis Crick Institute di London.
Kantung ketuban adalah balon biologis yang dipenuhi cairan yang bantal dan melindungi embrio yang tumbuh. Cairan yang dikandungnya dianggap penting untuk perkembangan embrio yang sehat. Tetapi tidak mudah untuk menyelidiki interaksi ini antara embrio dan rombongannya, sebagian besar karena tahap perkembangan ini secara logistik sulit dan penuh etis untuk belajar di dalam manusia.
Upaya sebelumnya untuk memodelkan kantung ketuban di lab tidak dapat mereplikasi struktur 3D kompleksnya, yang memiliki dua lapisan sel yang berbeda. Selain itu, model sebelumnya cenderung hanya bertahan beberapa hari, membuatnya lebih sulit untuk mendapatkan wawasan tentang proses pengembangan yang diperluas.
Sebaliknya, model sel baru Santos, yang disebut amnioids post-gastrulation (PGA), dapat bertahan hidup dalam hidangan laboratorium mereka setidaknya selama tiga bulan dan berkembang ke tingkat yang sama dengan kantung ketuban yang berumur sebulan. Hebatnya, mereka tumbuh dengan ukuran yang sama juga – hingga sekitar satu inci (2,5 sentimeter).
Terkait: Ilmuwan menciptakan 'vagina-on-a-chip' pertama
“Mereka adalah bola golf kecil,” kata Santos kepada Live Science. PGA juga membentuk struktur dua lapis kantung amniotik yang berbeda.
Untuk mencapai hal ini, tim Santos menggunakan metode budaya sel baru. Mereka mulai dengan sel induk embrionik, yang dapat tumbuh menjadi tipe sel lain dalam tubuh jika didorong dengan molekul pensinyalan spesifik. Tim mengekspos sel -sel ini ke dua sinyal ini, yang disebut BMP4 dan CHIR. Mereka memastikan untuk memadamkan sinyal, menambahkan BMP4 selama 24 jam pertama pertumbuhan, diikuti oleh CHIR selama 24 jam lagi.
Kemudian, para peneliti meninggalkan sel sendirian dalam hidangan kultur bulat. “Sisanya benar-benar pengorganisasian diri,” yang berarti sel induk yang matang mengatur perakitan mereka sendiri menjadi suatu struktur, kata Santos.
Sel tunggal yang dikumpulkan dalam piring dan membentuk struktur dua lapis yang berbeda dan dipenuhi cairan yang telah dicari tim. “Ini hanya menunjukkan kepada Anda bahwa sel -sel induk embrionik ini memiliki kecenderungan yang luar biasa ini untuk berspesialisasi dan menjadi segalanya dengan instruksi yang tepat, yang masih saya kagum,” kata Santos.
Berbekal model baru mereka, tim berangkat untuk menjawab pertanyaan kunci tentang bagaimana kantung ketuban mempengaruhi lingkungan mereka. Mereka ingin tahu gen apa yang mungkin mengarahkan sel untuk berubah menjadi PGA. Dengan mengganggu daftar panjang gen yang mereka duga dapat mempengaruhi perkembangan sel, mereka menemukan bahwa gen tunggal, GATA3, dapat mengubah sel menjadi kantung ketuban tanpa sinyal lain.
Kode GATA3 untuk faktor transkripsi – protein yang menghidupkan atau mematikan gen lain. Santos dan timnya menunjukkan bahwa dua gen gata3 Pengatur adalah BMP4 dan Chir, gen yang sama yang terlibat protokol kultur mereka.
Untuk mengeksplorasi bagaimana kantung ketuban dapat mempengaruhi sel -sel di dekatnya, mereka mencampur PGA mereka dengan sel induk tambahan yang tidak disenggelamkan untuk menjadi tipe sel tertentu. Tersisa sendiri, sel -sel ini akan terus ada dalam keadaan mereka yang tidak terspesialisasi. Tetapi di sebelah PGA, mereka berubah menjadi sejumlah tipe sel “ekstraemrionik” lainnya, menunjukkan bahwa kantung ketuban mampu mendorong transformasi sel di sekitarnya.
Santos dan timnya sekarang sedang mengeksplorasi kemungkinan aplikasi untuk sistem baru mereka. Kantung ketuban memiliki sifat antimikroba dan anti-inflamasi, dan orang-orang yang memiliki c-section elektif dapat memilih untuk menyumbangkan kantung ketuban mereka untuk digunakan sebagai jaringan transplantasi dalam perawatan luka bakar atau perbaikan kornea. Bahan -bahan yang disumbangkan ini bisa sulit untuk distandarisasi, kata Santos, tetapi PGA secara teoritis dapat menyediakan sumber yang dapat diandalkan dari sel -sel yang diinginkan ini.
Yi ZhengAsisten Profesor dalam Teknik Biomedis dan Kimia di Universitas Syracuse yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengatakan tes lebih lanjut akan diperlukan untuk melihat apakah PGA dapat menyediakan bahan yang berguna secara klinis untuk prosedur tersebut.
Dia menambahkan bahwa sel-sel matang, non-batang dapat diubah kembali menjadi sel induk yang disebut sel induk pluripoten terinduksi (iPSCs). Mungkin, kata Zheng, iPSC yang dikonversi menjadi PGA bisa sangat berguna untuk aplikasi medis, sebagian karena Anda dapat menggunakan sel pasien sendiri untuk menghasilkannya.
Model yang lebih baik dari kantung ketuban juga dapat membantu para peneliti memahami mengapa struktur kritis ini terkadang tidak berfungsi. Beberapa gangguan bawaan – yang berarti bayi -bayi itu dilahirkan – terikat dengan perbedaan ukuran atau isi kantung sebelum lahir, dan Santos mengatakan PGA dapat membantu menjelaskan tautan itu.
“Saya sangat senang dengan potensi struktur kecil ini,” pungkasnya.
