Lernen Sie die künstlichen Embryonen kennen, die als unheimlich und spektakulär bezeichnet werden

Video von wachsenden synthetischen Embryonen

Video von wachsenden synthetischen EmbryonenUniversität von Michigan, Ann Arbor | Bearbeitet von MIT Technology Review



Die Stammzellen leben nur wenige Tage, eingeschlossen zwischen winzigen Säulen auf der Oberfläche eines mikrofluidischen Kompartiments. Doch während dieser Zeit zeigen Stop-Motion-Videos, wie sich die Zellen vermehren, verändern und sich zu hohlen Kugeln organisieren.

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Sie folgen ihrem ultimativen Programm – zu versuchen, sich in einen Embryo zu verwandeln. Und sie leisten dabei erstaunlich gute Arbeit.





Heute Forscher an der University of Michigan berichten dass sie gelernt haben, aus Stammzellen realistische Modelle menschlicher Embryonen effizient herzustellen. Sie glauben, dass der Fortschritt es ihnen ermöglichen wird, Fruchtbarkeitsmedikamente zu testen und die frühesten Phasen der Schwangerschaft zu untersuchen, aber er wirft auch neue rechtliche und ethische Fragen auf.

Die künstlichen Embryonen wurden hergestellt, indem Stammzellen dazu überredet wurden, spontan winzige kugelförmige Strukturen zu bilden, die die Anfänge einer Fruchtblase und die inneren Zellen des Embryos (der Teil, der die Gliedmaßen, den Kopf und den Rest des Körpers einer Person werden würde) umfassen ), obwohl ihnen Gewebe fehlt, das für die Bildung einer Plazenta benötigt wird.

Es ist unheimlich, wie sehr es einem menschlichen Embryo ähnelt, sagt Alfonso Martinez Arias, ein Genetiker an der Universität Cambridge, der mit den Forschungsergebnissen vertraut ist, die heute in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden. Dieser ist besonders spektakulär.



Wissenschaftler sagen, dass dies vorerst keine echten Embryonen sind und nicht die Fähigkeit haben, sich in eine Person zu verwandeln. Da jedoch ähnliche Forschungen in Europa und China voranschreiten, wirft dies Fragen auf, wie nah Wissenschaftler wirklich an der synthetischen Herstellung lebensfähiger menschlicher Embryonen in ihren Labors sind.

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Bisher konnten Teams Stammzellen dazu überreden, mehrere wichtige frühe Abschnitte der Reise des Embryos zu rekapitulieren, wie die Bildung der Anfänge von Nervengewebe und Spermien oder Eizellen und frühe Entscheidungen darüber, was ein Tierkopf sein wird und was wird der Schwanz sein (siehe 10 Breakthrough Technologies 2018: Artificial Embryos ).

Diejenigen, die vom Michigan-Team unter der Leitung des Bioingenieurs Jianping Fu und der Biologin Deborah Gumucio entwickelt wurden, durften nur vier Tage leben und haben nicht alle Zelltypen, die erforderlich sind, um sich als echtes Empfängnis zu qualifizieren, wie der sich einnistende Embryo genannt wird , und haben wahrscheinlich andere Anomalien und Einschränkungen.

Wissenschaftler glauben jedoch, dass es nicht lange dauern könnte, bis sie Embryonen im Labor synthetisieren können, die von natürlich erzeugten kaum zu unterscheiden sind. Die Forschung an künstlichen Mausembryonen ist bereits so weit fortgeschritten, dass Wissenschaftler sie auf weibliche Leihmütter übertragen und versuchen, lebende Tiere herzustellen, obwohl es ihnen noch nicht gelungen ist.



Die Sorge ist, dass, wenn Wissenschaftler menschliche Embryonen im Labor herstellen könnten, jemand die Systeme verwenden könnte, um genetisch veränderte Menschen zu erzeugen, ein dystopisches Szenario, das den im Roman beschriebenen zentralen Brütereien ähnelt Schöne neue Welt .

Letzten Dezember schloss sich Martinez Arias Fu und mehreren anderen Autoren an ein Leitartikel Aufforderung an die Regulierungsbehörden, wissenschaftliche Forschung mit den Modellen zuzulassen, aber ein gesetzliches Verbot zu erlassen, sie zu verwenden, um zu versuchen, eine Schwangerschaft zu beginnen. Wir fordern die Aufsichtsbehörden auf, die Verwendung von auf Stammzellen basierenden Einheiten für reproduktive Zwecke zu verbieten, sagten sie.

Fu sagt, nur ein Verrückter würde versuchen, einen Menschen mit einem künstlichen Embryo zu erschaffen. Angesichts des rasanten Fortschritts der Wissenschaft hält er jedoch ein gesetzliches Verbot für wichtig. Viele Wissenschaftler versuchen, Grenzen zu verschieben, und Menschen überschreiten Grenzen. Wenn man die Wissenschaftler sich selbst regulieren lässt, dann sind die genmanipulierten Babys entstanden. Ich traue der Selbstregulierung nicht, sagt Fu.

So haben sie es gemacht

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Es ist bekannt, dass Stammzellen, die in einer Schale zurückgelassen werden, sich spontan in Herzmuskeln verwandeln und zu schlagen beginnen. Außerdem gibt es blobartige Gehirnorganoide, die elektrische Wellen aussenden, und Minidärme, mit denen getestet werden kann, ob Medikamente wirken.

Die neue Forschung geht noch weiter und ahmt effizient die ersten Tage der Entwicklung eines Embryos nach. Dem Bericht zufolge platzierte Fus Team einzelne Stammzellen in winzige Schlitze auf einem mikrofluidischen Chip und lieferte dann chemische Hinweise, die ihnen halfen, sich zu teilen und die Form eines Embryos anzunehmen.

Das Michigan-Team, dessen vorläufige Ergebnisse 2017 für Schlagzeilen sorgten, sagt nun, dass es Stammzellen dazu bringen kann, sich in mehr als 90 % der Fälle in embryoähnliche Strukturen zu verwandeln, und dass sie Hunderte davon hergestellt haben.

Dies ist der neue Standard für Steuerbarkeit, was es zu einer experimentellen Plattform macht, sagt Fu. Jeder Kanal hat viele Kammern und jede kann eine kleine Kugel pluripotenter Stammzellen einschließen. Chemikalien erreichen nur eine Seite des Balls, daher ist es sehr kontrolliert, wann und wo die Stammzellen stimuliert werden.

Für Entwicklungsbiologen – diejenigen, die untersuchen, wie sich Körper bilden – sind Systeme, die dem menschlichen Embryo nachempfunden sind, Anlass zu großer Aufregung. Laut Fu verwenden Teams in Japan und Großbritannien bereits das mikrofluidische Gerät aus Michigan, um zu untersuchen, wie bestimmte Zellen im Embryo als zukünftige Samen- oder Eizellen bezeichnet werden. Wenn sie das feststellen können, könnte dies zu Möglichkeiten führen, Fortpflanzungszellen für Menschen herzustellen, denen sie fehlen.

Verwirrung bei der Finanzierung

Die schnelle Entwicklung von Embryomodellen stellt die National Institutes of Health vor eine Herausforderung, die sich nicht sicher ist, ob sie diese Art von Forschung finanzieren können, da ein Gesetz es ihnen verbietet, für Experimente mit menschlichen Embryonen zu bezahlen. Dieses Gesetz, die Dickey-Wicker-Änderung, besagt, dass jeder menschliche Organismus, der aus Zellen besteht, als Embryo gelten würde.

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Da nicht klar ist, was als Organismus gilt – dieser Begriff bedeutet eine Lebensform, ist aber im Gesetz nicht definiert – hat die Agentur damit begonnen, Förderanträge von Forschern wie Fu an einen speziellen Lenkungsausschuss für die Forschung an menschlichen Embryonen weiterzuleiten, der aus Beamten der Agentur besteht prüft, ob sie gegen das Gesetz verstoßen.

Wir haben keine Finanzierungsrichtlinie, aber wir müssen jede Zuwendung beurteilen, die Bedenken aufwirft, sagt Carrie Wolinetz, stellvertretende Direktorin für Wissenschaftspolitik am NIH. Sie können sagen, dass [dies] ein zu großes rechtliches Risiko darstellt. Sie stimmt zu, dass die Frage lautet, ob embryoähnliche Wesen wie die, die Fu erschafft, einen Organismus darstellen könnten oder nicht, und fügt hinzu, dass dies ein sich sehr schnell entwickelndes Gebiet der Forschung und Wissenschaft ist und wir es verstehen wollen.

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Dazu beteiligt sich das NIH an a eintägiger Workshop , geplant für Anfang nächsten Jahres an den National Academies in Washington. Zu den Zielen des Workshops gehört der Versuch, Unterschiede zwischen Säugetier-Embryo-Modellsystemen und echten Säugetier-Embryonen zu identifizieren. Auch die International Society for Stem Cell Research, eine wissenschaftliche Organisation, die Stammzellbiologen vertritt, sagt, dass sie sich bei der Überarbeitung ihrer Richtlinien für Wissenschaftler mit den Labormodellen befassen wird.

Die Politik kann nicht mithalten

Die Verwirrung bei der Finanzierung, sagen Wissenschaftler, wurde durch die jüngsten Änderungen der Bundespolitik verstärkt, die das Geld für die Forschung im Zusammenhang mit Abtreibungen begrenzen. Im Juni das Ministerium für Gesundheit und menschliche Dienste sagte, es würde enden alle staatlichen Forschungsarbeiten, bei denen fötales Gewebe von elektiven Abtreibungen verwendet wird. Es kann weiterhin akademische Wissenschaftler finanzieren, jedoch nur nach einer involvierten Ethikprüfung.

Als Teil des harten Durchgreifens, das die meisten der Abtreibungspolitik zuschrieben, sagte HHS, es werde daran arbeiten, sicherzustellen, dass Alternativen zu fötalem Gewebe finanziert und beschleunigt werden, und gab an, dass es Modellen Vorrang einräumen würde, die Embryonen nachahmen. Allerdings, wenn eine Zweigstelle des NIH ausgestellt Einladungen zur Beantragung von Geldern für die Entwicklung von Alternativen zu fötalem Gewebe in diesem Jahr schloss die Aufforderung ausdrücklich menschliche Embryomodellsysteme aus, die aus Stammzellen hergestellt wurden.

Wissenschaftler sagen, dass solche Widersprüche zeigen, dass die Finanzierung von der Politik beeinflusst wird. Es ist bizarr – Gehirn-Organoide sind in Ordnung, aber vage Embryonen-Sachen nicht, sagte ein Forscher, der inoffiziell sprechen wollte, weil er ausstehende Stipendien hat.

Diese Woche, im ein separater Bericht , beschrieb ein Team der Rockefeller University, wie sie Zellgruppen nachgeahmt hatten, deren Organisation der frühen Bildung des Gehirns, des Nervensystems und der Haut eines einen Monat alten Embryos ähnelt. In diesem Stadium ist ein menschlicher Embryo eine winzige Garnelen-ähnliche Struktur mit winzigen Gliedmaßenknospen.

Die Rockefeller-Forscher um Eric Siggia und Ali Brivanlou nennen ihre Strukturen Neuruloide. Sie sagen, dass sie aufgrund der Schwierigkeit, in diesem frühen Stadium echte menschliche Embryonen zu erhalten oder zu untersuchen, ihre Technologie als die einzige praktische Lösung betrachten. Sie haben ein Start-up-Unternehmen, Rumi Scientific, gegründet, das plant, Medikamente auf den Neuruloiden auf Erkrankungen wie die Huntington-Krankheit zu untersuchen.

Siggia nennt die wechselnden Positionen der Regierung ein Zeichen ihrer derzeitigen Verwirrung, während sie versucht herauszufinden, was ein Embryo ist und was nicht. Aber er sagt, seine Forschung sei davon unberührt: Wir werden dadurch nicht ausgebremst. Wir verwenden nur private Mittel.

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