Un „control al realității” pentru modelele de embrioni umani cultivați în laborator
Cercetătorii de la Universitatea din Sydney au dezvoltat o metodă nouă de a testa cât de fidel reproduc modelele biologice cultivate în laborator embrionii umani reali, constatând că, deși unele modele au performanțe bune, niciunul nu surprinde încă pe deplin complexitatea dezvoltării umane timpurii.
Cercetarea asupra modelelor de embrioni derivate din celule stem, cunoscute sub numele de blastoizi, oferă oamenilor de știință o modalitate de a studia evenimentele biologice care stau la baza fertilității, a succesului sarcinii și a dezvoltării umane timpurii, fără a depinde de embrioni umani donați. Aceste structuri derivate din celule stem sunt modele de cercetare, nu embrioni umani reali, și nu pot deveni un embrion uman.
Totuși, faptul că ceva arată ca un embrion înseamnă oare că se comportă ca unul din punct de vedere biologic? Cercetătorii au dezvoltat un cadru computațional care ajută la răspunsul la această întrebare. Studiul lor a evaluat sistematic patru metode principale de generare a blastoizilor umani și a constatat diferențe substanțiale în cât de fidel reproduc acestea tipurile de celule și procesele de dezvoltare observate în embrionii umani naturali.
Publicată în Cell Systems, cercetarea creează una dintre cele mai cuprinzătoare hărți de referință ale dezvoltării embrionului uman timpuriu și o folosește pentru a evalua acuratețea biologică a modelelor de embrioni derivate din celule stem. Pengyi Yang, autor principal, conferențiar și cercetător ARC Future Fellow la Școala de Matematică și Statistică și șef al unității de Biologie a Sistemelor Computaționale de la Institutul de Cercetare Medicală pentru Copii, a declarat că lucrarea oferă cercetătorilor o modalitate mai obiectivă de a înțelege punctele forte și limitele modelelor de embrioni.
„Modelele de embrioni umani au un potențial enorm pentru studierea primelor zile ale dezvoltării unui embrion, dar nu a existat o modalitate consecventă de a evalua cât de exact reflectă acestea dezvoltarea umană reală”, a spus Yang, care conduce și grupul de Biologie Trans-Reglatoare de la Charles Perkins Center. „Cadrul nostru le permite cercetătorilor să compare aceste modele cu o referință biologică detaliată și să determine care tipuri de celule și procese de dezvoltare sunt reproduse fidel și care nu.”
Cum au realizat harta
Echipa a combinat și armonizat peste 14.000 de transcriptoame unicelulare — setul de molecule de ARN dintr-o celulă — provenite de la embrioni umani care acoperă etape cheie ale dezvoltării lor. Astfel, au creat o hartă de referință a modului în care celulele se diferențiază și se organizează în mod normal în zilele imediat dinaintea și de după implantare.
Apoi au comparat această referință cu patru protocoale de generare a blastoizilor utilizate pe scară largă, dezvoltate de grupuri internaționale de cercetare. În loc să evalueze dacă modelele pur și simplu seamănă cu embrionii la microscop, cercetătorii au examinat identitățile lor moleculare, cronologia dezvoltării, structura descendenței și alte caracteristici biologice.
Rezultatele au arătat că unele modele de blastoizi au reprodus relativ bine toate cele trei linii celulare majore ale unui blastocist uman natural, în timp ce altele nu au reușit să reprezinte corect anumite tipuri de celule sau conțineau un număr mare de celule care nu puteau fi asociate cu certitudine cu nicio stare embrionară cunoscută. Niciun model unic nu a replicat perfect un blastocist uman natural.
Yang a spus că descoperirile evidențiază atât promisiunea, cât și limitările actuale ale modelelor de embrioni. „Constatarea încurajatoare este că unele modele surprind relativ bine aspecte importante ale dezvoltării embrionare timpurii, deși fiecare model are limitări”, a spus el. „Dar studiul nostru arată, de asemenea, că modelele actuale nu sunt echivalente din punct de vedere biologic cu embrionii umani reali, iar cercetătorii trebuie să fie atenți la concluziile pe care le trag din ele.”
Oferind un punct de referință standardizat, cercetătorii speră că modelele viitoare vor putea fi îmbunătățite mai rapid și evaluate mai riguros. „Dacă vom folosi aceste sisteme pentru a răspunde la întrebări biologice importante, trebuie mai întâi să știm ce ne pot spune ele în mod fiabil”, a spus Yang. „Lucrarea noastră oferă o foaie de parcurs pentru îmbunătățirea modelelor de embrioni și pentru asigurarea că afirmațiile științifice rămân ancorate în ceea ce modelele pot susține de fapt.”
Cercetătorii au făcut publice seturile lor de date de referință și instrumentele de evaluare comparativă, permițând oamenilor de știință din întreaga lume să testeze noile modele de embrioni după aceleași standarde.
