In der Zwischenzeit züchtete Hannas Team in Israel Mausembryomodelle auf ähnliche Weise, wie sie in a beschrieben Papier hinein Zelle das kurz vor dem Artikel der Gruppe von Zernicka-Goetz veröffentlicht wurde. Auch Hannas Modelle wurden ausschließlich aus embryonalen Stammzellen hergestellt, von denen einige genetisch dazu gebracht worden waren, TSCs und XEN-Zellen zu werden. „Der gesamte mit synthetischen Organen gefüllte Embryo, einschließlich extraembryonaler Membranen, kann nur dadurch erzeugt werden, dass man mit naiven pluripotenten Stammzellen beginnt“, sagte Hanna.
Hannas Embryomodelle durchliefen, wie auch die von Zernicka-Goetz, alle erwarteten frühen Entwicklungsstadien. Nach 8,5 Tagen hatten sie eine grobe Körperform mit Kopf, Gliedmaßenknospen, einem Herzen und anderen Organen. Ihre Körper waren durch eine Zellsäule wie eine Nabelschnur an einer Pseudoplazenta aus TSCs befestigt.
„Diese Embryomodelle bilden die natürliche Embryogenese sehr gut nach“, sagte Zernicka-Goetz. Die Hauptunterschiede können die Folgen einer unsachgemäßen Bildung der Plazenta sein, da diese keinen Kontakt mit der Gebärmutter hat. Unvollkommene Signale der fehlerhaften Plazenta können das gesunde Wachstum einiger embryonaler Gewebestrukturen beeinträchtigen.
Ohne einen besseren Ersatz für die Plazenta „bleibt abzuwarten, wie weit sich diese Strukturen weiterentwickeln werden“, sagte sie. Deshalb glaubt sie, dass die nächste große Herausforderung darin bestehen wird, Embryomodelle durch eine Entwicklungsphase zu führen, die normalerweise eine Plazenta als Schnittstelle für die zirkulierenden Blutsysteme von Mutter und Fötus erfordert. Noch hat niemand einen Weg gefunden, dies in vitro zu bewerkstelligen, aber sie sagt, ihre Gruppe arbeite daran.
Hanna gab zu, dass er überrascht war, wie gut die Embryomodelle über die Gastrulation hinaus weiter wuchsen. Aber er fügte hinzu, dass man, nachdem man 12 Jahre lang daran gearbeitet hat, „bei jedem Meilenstein aufgeregt und überrascht ist, aber nach ein oder zwei Tagen gewöhnt man sich daran, hält es für selbstverständlich und konzentriert sich auf das nächste Ziel.“
Jun Wu, ein Stammzellbiologe am Southwestern Medical Center der University of Texas in Dallas, war ebenfalls überrascht, dass Embryomodelle, die allein aus embryonalen Stammzellen hergestellt werden, so weit kommen können. „Die Tatsache, dass sie embryonale Strukturen mit klarer früher Organogenese bilden können, legt nahe, dass wir ex utero scheinbar funktionelles Gewebe erhalten können, das ausschließlich auf Stammzellen basiert“, sagte er.
Darüber hinaus stellt sich heraus, dass Embryomodelle nicht aus buchstäblichen embryonalen Stammzellen gezüchtet werden müssen – also aus Stammzellen, die aus tatsächlichen Embryonen gewonnen wurden. Sie können auch aus reifen Zellen von Ihnen oder mir gezüchtet und in einen stammzellähnlichen Zustand zurückgeführt werden. Die Möglichkeit einer solchen „Verjüngung“ reifer Zelltypen bestand darin revolutionäre Entdeckung des japanischen Biologen Shinya Yamanaka, der ihm einen Anteil einbrachte Nobelpreis 2012 in Physiologie oder Medizin. Solche umprogrammierten Zellen werden als induzierte pluripotente Stammzellen bezeichnet und werden durch die Injektion einiger der in embryonalen Stammzellen aktiven Schlüsselgene in reife Zellen (z. B. Hautzellen) hergestellt.
Bisher scheinen induzierte pluripotente Stammzellen in der Lage zu sein, so ziemlich alles zu tun, was echte embryonale Stammzellen können, einschließlich der Entwicklung embryonaler Strukturen in vitro. Und dieser Erfolg scheint die letzte wesentliche Verbindung zwischen Embryomodellen und echten Embryonen zu durchtrennen: Man braucht keinen Embryo, um sie herzustellen, was sie weitgehend außerhalb der bestehenden Vorschriften stellt.
Wachsende Organe im Labor
Auch wenn Embryonenmodelle eine beispiellose Ähnlichkeit mit echten Embryonen aufweisen, weisen sie dennoch viele Mängel auf. Nicolas RivronStammzellbiologe und Embryologe am Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien, räumt ein, dass „Embryomodelle rudimentär, unvollkommen, ineffizient und nicht in der Lage sind, einen lebenden Organismus hervorzubringen.“
Die Ausfallrate bei heranwachsenden Embryonenmodellen ist sehr hoch: Weniger als 1 Prozent der anfänglichen Zellverbände schaffen es sehr weit. Kleinere Anomalien, meist mit unverhältnismäßigen Organgrößen, machen sie oft zunichte, sagte Hanna. Wu glaubt, dass noch mehr Arbeit nötig ist, um sowohl die Ähnlichkeiten zu normalen Embryonen als auch die Unterschiede zu verstehen, die erklären könnten, warum Mäuseembryomodelle nicht länger als 8,5 Tage wachsen konnten.