Des chercheurs de l’Université de Pittsburgh ont développé un nouveau modèle embryonnaire dérivé de cellules adultes qui reproduit les principales caractéristiques du développement humain précoce, notamment la génération de cellules sanguines.
Décrit aujourd’hui dans Nature, le nouveau modèle heX-Embryoid offre une fenêtre one of a kind sur le développement humain précoce, qui a été entouré de mystère en raison des défis éthiques et methods liés à l’étude de cette période de la vie. Les HeX-Embryoids, qui n’utilisent pas de tissu fœtal et ne peuvent pas se développer en embryon, pourraient améliorer la recherche sur les maladies génétiques et l’infertilité et fabriquer des cellules pour remplacer ou réparer les tissus pour des purposes en médecine régénérative.
« Les embryons humains – contrairement à ceux d’autres espèces, y compris certains de nos in addition proches parents primates – s’incrustent dans la paroi utérine pour poursuivre leur développement. Parce que l’embryon est furthermore petit que la pointe d’une aiguille à coudre et caché de la vue, ces premiers les stades sont difficiles à étudier », a déclaré l’auteur principal Mo Ebrahimkhani, MD, professeur agrégé au Département de pathologie, au Pittsburgh Liver Institute et au Département de bioingénierie de Pitt. « Notre modèle embryonnaire débloquera cette « boîte noire » du développement humain, ce qui pourrait aider à résoudre le mystère de la raison pour laquelle environ 60 % des grossesses échouent au cours des deux premières semaines — avant même que la mère ne manque ses règles — et ouvrir la voie la voie à de nouvelles thérapies.
Remarquablement, les modèles heX-Embryoid ont formé des constructions similaires aux premiers web-sites pour produire des cellules sanguines qui soutiennent l’embryon en développement, appelées îlots sanguins. Les chercheurs ont également détecté des progéniteurs de globules rouges, de plaquettes et de différents kinds de globules blancs. Selon Ebrahimkhani, la génération de cellules sanguines est une avancée clé de ce modèle d’embryon qui fait avancer le domaine.
« Nous avons pu modéliser quelque selected d’extrêmement similaire aux premiers stades de la manufacturing sanguine chez l’homme », a déclaré Ebrahimkhani, qui est également membre du Pittsburgh Liver Investigate Center et de l’Institut McGowan de médecine régénérative de Pitt et de l’UPMC. « C’est passionnant motor vehicle il existe de nombreuses possibilités d’appliquer ce modèle pour mieux comprendre comment le sang se forme et développer de meilleures méthodes de culture de cellules pour les transfusions sanguines, les nouvelles thérapies cellulaires et les greffes de cellules souches hématopoïétiques. »
Pour développer les heX-Embryoids, les chercheurs ont commencé avec des cellules souches pluripotentes induites (iPSC), qui sont générées à partir de cellules adultes qui ont été ramenées à un état où elles peuvent se développer en n’importe quelle autre cellule. Ensuite, ils ont programmé les iPSC avec un circuit génétique qui dirige le développement précoce des tissus, qui n’est activé que par un produit chimique appelé doxycycline. Lorsque ces iPSC modifiées sont mélangées dans une boîte de laboratoire avec des iPSC regular et induites par l’ajout de doxycycline, les cellules modifiées se développent et déclenchent l’organisation des iPSC typical en structures tridimensionnelles qui ressemblent à certaines caractéristiques d’un embryon.
Au cours du développement embryonnaire standard, les cellules se trient et se divisent à plusieurs reprises pour finalement previous des sections distinctes : le trophoblaste, qui deviendra le placenta, une couche cellulaire extra-embryonnaire qui produit le sac vitellin qui fournit les nutriments et la couche embryonnaire qui donnera naissance à l’embryon. lui-même et le sac amniotique qui protège l’embryon en développement.
Comme un embryon, les heX-Embryoïdes ont un tissu embryonnaire et une framework de sac vitellin. Le tissu reste ancré dans la boîte de laboratoire à mesure qu’il se développe, formant une grande feuille de sac vitellin avec des dizaines d’embryoïdes côte à côte.
« Le sac vitellin ne contribue pas directement à la fabrication des cellules qui forment l’embryon, mais c’est un tissu très vital auto il est responsable de la nutrition et affect l’emplacement de la tête et de la queue de l’embryon », a déclaré l’auteur principal Joshua Hislop, étudiant diplômé dans le laboratoire d’Ebrahimkhani à Pitt. « D’autres modèles embryonnaires ont eu une différenciation très limitée du tissu du sac vitellin, notre modèle offre donc une opportunité exceptional de suivre de manière robuste cette framework et d’étudier des événements tels que le développement du sang. »
Les HeX-Embryoïdes ne contiennent pas la couche de trophoblaste formant le placenta et le sac vitellin est ouvert et non une cavité fermée. L’absence de ces caractéristiques empêche les embryoïdes de devenir un véritable embryon ou d’avoir le potentiel d’être implanté pour se développer complètement.
Étant donné que les heX-Embryoïdes sont dérivés de cellules cutanées adultes reprogrammées, ils pourraient théoriquement être fabriqués à partir de n’importe quel individu, permettant ainsi aux chercheurs d’étudier divers fonds génétiques.
Un avantage vital du système heX-Embryoid par rapport aux autres modèles de type embryon est qu’il s’auto-organise à mesure qu’il se développe à partir d’une boîte de laboratoire bidimensionnelle, qu’il utilise un milieu de croissance standard et qu’il est activé par un seul produit chimique, plutôt que de compter sur un cocktail complexe de facteurs de croissance qui peuvent être difficiles à reproduire. Selon Ebrahimkhani, cette approche distinctive signifie que les heX-Embryoids peuvent être facilement stockés, expédiés et cultivés dans différents laboratoires avec un haut niveau d’efficacité.
« Pour qu’un modèle soit adopté par la communauté scientifique et fasse son travail de contribution à de nouvelles découvertes, il doit être efficace », a déclaré Ebrahimkhani. « Par exemple, il sera très difficile de progresser dans la recherche sur les fausses couches si le modèle lui-même échoue la plupart du temps. Notre modèle heX-Embryoid surmonte ce problème. »
Les autres auteurs de l’étude étaient Kamyar Keshavarz F. Rayna Schoenberger, Ryan LeGraw, Jeremy Velazquez, Ph.D. Tahere Mokhtari, Mohammad Naser Taheri, Matthew Rytel, Simon Watkins, Ph.D. Donna Stolz, Ph.D. et Samira Kiani, MD, tous de Pitt Qi Song, Ph.D. Amir Alavi, Ph.D. et Ziv Bar-Joseph, Ph.D. tous de l’Université Carnegie Mellon Susana Chuva de Sousa Lopes, Ph.D. du centre médical de l’université de Leiden et Berna Sozen, Ph.D. de l’Université de Yale.
Cette recherche a été soutenue par le Countrywide Heart, Lung, and Blood Institute (R01 HL141805), la Countrywide Science Foundation (#2134999), les Nationwide Institutes of Wellness (1R01GM122096, OT2OD026682, 1U54AG075931, 1U24CA268108, T32 EB001026 et 1S10OD019973-. 1), l’Institut nationwide d’imagerie biomédicale et de bio-ingénierie (EB028532), le Pittsburgh Liver Analysis Center (NIHNIDDK P30DK120531), le fonds de démarrage du Département de pathologie de Pitt, le Centre d’imagerie biologique de Pitt et les installations de foundation de cytométrie en flux de Pitt.
