Synthetische Mausembryos gezüchtet

Unter anderem beobachteten die Forscher, wie die drei verwendeten Stammzelltypen miteinander kommunizieren. Um die natürlichen Bedingungen nachzubilden, nutzten sie neben embryonalen Stammzellen auch zwei Typen sogenannter extraembryonaler Stammzellen, aus denen sich die Plazenta und der Dottersack bilden. Amadei und sein Team fanden heraus, dass diese extraembryonalen Zellen nicht nur über chemische Signale mit den embryonalen Zellen interagieren, sondern sie auch mechanisch stimulieren und damit die Entwicklung des Embryos steuern. „Wir haben gesehen, wie der Dialog zwischen den verschiedenen Arten von Stammzellen abläuft und was dabei schiefgehen kann“, so Zernicka-Goetz.

Genmanipulationen an Embryoiden

Neben Einblicken in die früheste Embryonalentwicklung bietet das Modell auch die Möglichkeit, genetische Erkrankungen und die Aufgaben bestimmter Gene besser zu verstehen. Als Demonstration dieses Potenzials hat Amadeis Team bei einigen der künstlichen Embryoiden ein Gen ausgeschaltet, das bekanntermaßen für die Bildung des Neuralrohrs und für die Entwicklung von Gehirn und Augen wesentlich ist. „Fehlt dieses Gen, zeigen die synthetischen Embryonen genau die bekannten Defekte in der Gehirnentwicklung wie bei einem Tier, das diese Mutation trägt“, erklärt Zernicka-Goetz. „Das bedeutet, dass wir diese Art von Ansatz auf die vielen Gene mit unbekannter Funktion in der Gehirnentwicklung anwenden können.“ Auf diese Weise könnte das Embryomodell dazu beitragen, Tierversuche zu ersetzen.

Ethische Herausforderungen

Während die aktuellen Forschungen an Mausembryoiden stattfanden, arbeiten die Forscher bereits daran, die Methoden auch für synthetische menschliche Embryos anzuwenden. Wie realistisch dieses Ziel ist, ist aktuell noch unklar. Auch bei den Mausembryoiden lag die Erfolgsquote bei nur etwa einem Prozent und die Entwicklung brach zu Beginn der Organentstehung ab. Aus Sicht von Michele Boiani, Leiter der Arbeitsgruppe „Mouse Embryology“ am Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster, der nicht an der Studie beteiligt war, ist die Übertragung auf den Menschen aus technischer Sicht durchaus im Bereich des Vorstellbaren. „Allerdings müssten die Bioreaktoren nicht Tage oder Wochen, sondern Monate halten – eine aktuell noch fast unüberwindbare Herausforderung“, sagt er.

Problematisch ist aus seiner Sicht allerdings der ethische Rahmen: „Die Richtlinien der International Society for Stem Cell Research (ISSCR) erlauben zwar die Herstellung synthetischer menschlicher Embryonen, verbieten aber deren Übertragung auf die Gebärmutter, was immer als die wichtigste Barriere zur Verhinderung von höchst unethischen Experimenten galt“, erklärt Boiani. „Nun, wie wir in diesen beiden Mäusestudien sehen, ist die Übertragung auf die Gebärmutter unnötig, und so werden die ISSCR-Richtlinien zu einem zahnlosen Tiger.” Bislang dürfen menschliche Embryos im Labor höchstens 14 Tage kultiviert werden – doch es wird bereits diskutiert, diese Regel in ausgewählten Fällen zu lockern. Wie synthetische Embryoide einzuordnen sind, ist aktuell noch weltweit unklar.

Quelle: Gianluca Amadei (University of Cambridge, UK) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-022-05246-3