Nature: Ein nahezu perfektes menschliches Blastozystenmodell wurde geboren, und Frauen werden voraussichtlich reproduktive Rechte haben

Die Fortpflanzung ist seit der Antike einer der wichtigsten Lebensprozesse des Menschen. Doch selbst in der modernen Gesellschaft mit relativ fortschrittlicher Medizintechnik ist es für Menschen, insbesondere Frauen, immer noch schwierig, ihre eigene Fruchtbarkeit zu kontrollieren.

Wenn wir uns beispielsweise nicht durch Kondome stören lassen wollen, nicht unter den Nebenwirkungen hormoneller Notfallverhütungsmittel leiden wollen, keine kurzwirksamen Verhütungsmittel über einen längeren Zeitraum einnehmen wollen und nicht schwanger werden wollen, wie können wir dann freudig „der Liebe applaudieren“?

Wenn wir den schmerzhaften Prozess der IVF (Eisprung-Eizellentnahme-Befruchtung-Embryotransfer) nicht wiederholt durchlaufen möchten, aber trotzdem ein Kind haben möchten, wie können wir dann die Erfolgsrate der IVF verbessern?

Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Nicolas Rivron vom Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften drei neue Signalwege identifiziert, die genutzt werden können, um aus menschlichen Stammzellen ein „perfektes“ menschliches In-vitro-Embryomodell zu konstruieren, das mit echten menschlichen Blastozysten vergleichbar ist.

Gleichzeitig fanden die Forscher mithilfe dieses Modells die Schlüsselfaktoren für die frühe Einnistung menschlicher Embryonen und die Bildung von Blastozysten und legten damit den Grundstein für die Entwicklung neuer nicht-hormoneller, frauenfreundlicher Verhütungsmittel und die Verbesserung der Erfolgsrate der In-vitro-Fertilisation.

Dr. Rivron sagte hierzu: „Die Entwicklung eines menschlichen Embryomodells kann die Forschung an menschlichen Embryonen besser ersetzen und den Konflikt zwischen biomedizinischen und ethischen Fragen lösen. Unser Ziel ist es, Frauen durch die frühe Forschung an menschlichen Embryomodellen zu stärken, damit sie ihre Fruchtbarkeit besser kontrollieren können, unabhängig davon, ob sie eine Schwangerschaft vermeiden oder selbst schwanger werden möchten.“

Die Studie mit dem Titel „Human blastoids model blastocyst development and implantation“ (Entwicklung und Implantation menschlicher Blastoide als Modell für Blastozysten) wurde kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.

Was ist ein menschliches Blastozystenmodell?

Wir alle wissen, dass menschliches Leben mit einer befruchteten Eizelle beginnt, die aus der Verbindung des Spermas des Vaters und der Eizelle der Mutter entsteht. Die befruchtete Eizelle teilt sich dann auf ihrem Weg in Richtung Gebärmutter. Wenn es den entsprechenden Teil der Gebärmutter erreicht, hat es sich zu einer Blastozyste entwickelt, die aus Trophoblast, Epiblast und Hypoblast besteht. Nach der Einnistung der Blastozyste, also der „engen“ Verwachsung mit den mütterlichen Zellen, entwickeln sich aus Trophoblast, Epiblast und Hypoblast jeweils die Plazenta, der Embryo und der Dottersack...

Trotz der Entwicklung der Biowissenschaften verfügen Wissenschaftler bis heute noch immer über ein sehr begrenztes Verständnis des frühen embryonalen Entwicklungsprozesses des Menschen, beispielsweise über den Entstehungs- und Entwicklungsprozess der frühen Blastozyste, den spezifischen Mechanismus der Blastozystenimplantation usw.

(Quelle: Pixabay)

Ein wichtiger Grund für diese Situation besteht darin, dass die Verwendung echter menschlicher Embryonen für die biologische Forschung eine Reihe ethischer Probleme mit sich bringt. Schließlich ist auch ein echter menschlicher Embryo ein kleines Leben.

Wenn Wissenschaftler den Ursprung des menschlichen Lebens aufdecken und die Geheimnisse der menschlichen Embryonalentwicklung verstehen wollen, müssen sie offensichtlich andere alternative Methoden finden. Eine der wichtigsten Richtungen ist die In-vitro-Stammzellkultur. Obwohl es mehreren Forschungsteams gelungen ist, mithilfe von Mausstammzellen in vitro Mausblastozystenmodelle zu konstruieren, haben Wissenschaftler leider immer noch Schwierigkeiten bei der Modellforschung an menschlichen blastozystenähnlichen Strukturen.

Erst am 17. März 2021 berichtete das Magazin Nature von zwei Durchbrüchen. Dem Team um Professor Jun Wu vom Texas Southwestern Medical Research Center und dem Team um Professor Jose Polo von der Monash University in Australien gelang es, mithilfe der Technologie der Induktion menschlicher pluripotenter Stammzellen bzw. der Reprogrammierung adulter Zellen ein Blastozystenmodell im frühesten Stadium der menschlichen Embryonalentwicklung zu erhalten. Beide blastozystenähnlichen Strukturen enthalten die in echten menschlichen Blastozysten vorkommenden Stammzelltypen, weisen eine gleichmäßige räumliche Verteilung auf und können den Entwicklungs- und Implantationsprozess früher menschlicher Embryonen in einer Laborumgebung simulieren.

Diese beiden Studien integrieren die verstreuten Informationen über menschliche Embryonen perfekt und konstruieren ein experimentelles Modell mit potenziellem Anwendungswert für Wissenschaftler, um die früheste Entwicklung von Embryonen zu verstehen. Die Bedeutung dieses Modells liegt auf der Hand.

(Quelle: pixabay)

Allerdings erwähnten die Forscher in den beiden oben genannten Artikeln auch, dass die Forschung gewisse Einschränkungen aufwies. Beispielsweise ist die Induktionseffizienz blastozystenähnlicher Strukturen gering und die Akquisitionsrate nicht stabil genug. Die Ergebnisse der Einzelzell-Transkriptomanalyse legen nahe, dass die blastozystenähnlichen Strukturen auch einige Zelltypen enthalten, die in echten Blastozysten nicht vorkommen.

Allerdings sind diese Modelle nicht perfekt.

Ein perfekteres menschliches Blastozystenmodell

Obwohl die beiden Forschungsteams in den beiden oben genannten Studien unterschiedliche Methoden zur erfolgreichen Konstruktion menschlicher Blastozystenmodelle verwendeten, waren diese Methoden nicht perfekt (die Erfolgsrate lag bei lediglich 20 %) und es gab immer noch Unterschiede zwischen den konstruierten Blastozysten und echten menschlichen Blastozysten.

Um diese Probleme zu lösen, untersuchte das von Dr. Rivron geleitete Forschungsteam menschliche pluripotente Stammzellen und fand heraus, dass menschliche pluripotente Stammzellen den Entwicklungsprozess normaler menschlicher Blastozysten „perfekt“ simulieren konnten, wenn die drei klassischen Signalwege Hippo, TGF-β und ERK gehemmt wurden, und zwar mit einer Erfolgsrate von über 70 %. Gleichzeitig weist das mit dieser Methode erstellte Blastozystenmodell eine Ähnlichkeit von über 97 % mit den Zellen im Inneren der normalen menschlichen Blastozyste auf.

Abbildung | Menschliches Blastozystenmodell (Quelle: Nature)

Während des In-vitro-Kulturprozesses stellten die Forscher fest, dass diese menschlichen Blastozystenmodelle den normalen embryonalen Entwicklungsprozess des Menschen gut simulieren können, der nahezu mit dem Entwicklungsprozess normaler menschlicher Embryonen übereinstimmt. Dies bedeutet, dass dieses menschliche Blastozystenmodell eine reale und zuverlässige Methode zur Untersuchung der frühen embryonalen Entwicklung des Menschen bieten kann.

In nachfolgenden Studien mit diesen menschlichen Blastozystenmodellen stellte Dr. Rivron fest, dass SC144, ein von der FDA zugelassener oraler niedermolekularer gp130-Inhibitor, den Implantationsprozess des menschlichen Blastozystenmodells wirksam hemmen und gleichzeitig den normalen Implantationsprozess des menschlichen Embryos simulieren konnte. Dies eröffnet auch eine neue Richtung für die Forschung und Entwicklung einer neuen Generation nicht-hormoneller Verhütungsmittel.

Schließlich haben sowohl die Pille danach als auch die Pille zur kurzwirksamen Empfängnisverhütung bei täglicher Einnahme bestimmte Nebenwirkungen, und sobald die Einnahme der Pille zur kurzwirksamen Empfängnisverhütung vergessen wird, lässt die empfängnisverhütende Wirkung stark nach. Im Gegensatz dazu muss diese Art neuer Verhütungsmittel nur bei Bedarf eingenommen werden. Dadurch entfällt der Druck der täglichen Medikamenteneinnahme und die Nebenwirkungen hormoneller Medikamente werden vermieden. Die Empfängnisverhütung wird dadurch einfacher, bequemer und entspricht eher den menschlichen Bedürfnissen.

Abbildung | Fluoreszenzmarkierte menschliche Blastozystenzellen (Quelle: Nature)

Darüber hinaus haben Dr. Rivron und sein Team bei der Untersuchung des menschlichen Blastozystenmodells festgestellt, dass ein natürlich vorkommendes kleines Molekül LPA im menschlichen Körper nicht nur zur Empfängnisverhütung beitragen kann, sondern auch die Selbstorganisation von Stammzellen erheblich verbessern, die Bildung natürlicher Embryonen während der In-vitro-Fertilisation wirksam fördern und die Erfolgsrate der In-vitro-Fertilisation verbessern kann, was für die In-vitro-Fertilisationstechnologie von großer Bedeutung ist.

Berichten zufolge beantragt Professor Hilde Van de Velde von der Freien Universität Brüssel in Belgien derzeit die Aufnahme von LPA-Molekülen in den Designprozess der In-vitro-Fertilisation, um die Erfolgsrate zu verbessern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Dr. Rivron und sein Team mithilfe einer brandneuen Technologie erfolgreich menschliche pluripotente Stammzellen in ein menschliches Blastozystenmodell transformiert haben, das einer normalen menschlichen Blastozyste sehr ähnlich ist, die frühe Entwicklung des menschlichen Embryos in vitro simulieren und einige ethische Probleme vermeiden kann. Gleichzeitig entdeckten die Forscher im Rahmen des Experiments zwei Moleküle, die ebenfalls den Weg für eine Verbesserung der Erfolgsrate menschlicher In-vitro-Fertilisation und die Entwicklung neuer nicht-hormoneller Verhütungsmethoden ebneten.

Quellen:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04267-8

https://www.oeaw.ac.at/imba/research-highlights/news/breakthrough-research-on-human-blastoids-and-impact-on-ivf-and-contraception

Geschrieben von: Zhu Hengheng. Bearbeitet von: Wang Haha. Layout: Li Xuewei

Quelle: Academic Headlines