Une récente Nature L’étude évalue le développement post-implantatoire chez l’homme à l’aide de modèles de type embryonnaire basés sur des cellules souches embryonnaires (CSE) naïves humaines génétiquement non modifiées.
Étude: Modèles d’embryons post-implantation humains complets du jour 14 à partir de cellules ES naïves. Crédit d’image : Marko Aliaksandr/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
Après l’implantation de l’embryon humain, une série d’événements tels que la morphogenèse des tissus extra-embryonnaires sont essentiels à la gastrulation, au développement futur ainsi qu’à la bonne organisation des cellules embryonnaires.
Puisqu’un taux élevé de perte d’embryons se produit au cours de cette phase, il est impératif de comprendre les événements associés à la morphogenèse. Bien que ces informations soient cruciales pour comprendre les problèmes de fertilité et les défauts de développement, les études sur ce sujet sont associées à des défis à la fois techniques et éthiques.
Il est possible de cultiver des structures dérivées de blastocystes humains ; cependant, ces modèles ne représentent pas avec précision la in vivo événements et organisation. Il est donc nécessaire de développer des modèles d’embryons dérivés de cellules souches pour étudier les étapes post-implantation.
Un modèle d’embryon post-implantatoire intégré humain efficace doit avoir une présence continue d’équivalents de cellules vitales, telles que les trophoblastes, l’endoderme primitif, le mésoderme extra-embryonnaire (ExEM) et les cellules pluripotentes de type épiblaste. Ce modèle doit avoir des compartiments embryonnaires proéminents avec une organisation morphologique et structurelle appropriée, ainsi qu’un disque embryonnaire approprié, un disque bilaminaire, un hypoblaste, une unité amniotique polarisée, un sac vitellin polarisé, un compartiment de type trophoblaste et une cavité choriale.
Des ESC naïfs de souris ont été utilisés pour récapituler ex utero pour étudier les étapes post-gastrulation. Des modèles d’embryons entiers synthétiques dérivés de cellules souches (SWEM) ont été développés, rebaptisés SEM, pour étudier la phase post-implantation des embryons humains.
Des études antérieures ont montré que les SEM de souris peuvent progresser de manière dynamique au-delà du stade de gastrulation et atteindre les premiers stades de développement de l’organogenèse. Par conséquent, les cellules pluripotentes naïves de souris peuvent être utilisées comme source potentielle de tissus embryonnaires et extra-embryonnaires pour développer des modèles d’embryons « remplis d’organes ».
À propos de l’étude
La disponibilité de protocoles optimisés pour le bidimensionnel (2D) in vitro Les cellules souches pluripotentes humaines (PSC) se différencient en cellules matures pourraient permettre une meilleure compréhension des voies de transcription, mécaniques et de signalisation associées à l’embryogenèse précoce.
Compte tenu des progrès récents dans les SEM de souris et des progrès dans les conditions naïves de cellules souches pluripotentes humaines (PSC), la présente étude a évalué la possibilité d’utiliser ces cellules pour développer des structures complexes de type embryonnaire péri/post-implantatoire qui peuvent évoluer vers des structures pré/péri-implantatoires. stades de gastrulation ex utero.
Résultats de l’étude
En utilisant la méthode décrite dans un modèle de souris, la présente étude a généré des SEM post-implantation humains auto-organisés à partir de ESC naïfs. Contrairement aux protocoles de dérivation SEM de souris, le protocole d’étude actuel ne nécessitait pas de modification génétique ni de surexpression de facteurs de lignée exogènes pour que les CES naïfs se différencient en lignées embryonnaires clés essentielles aux stades de développement.
La capacité d’auto-organisation des CSP naïves à générer des compartiments embryonnaires et extra-embryonnaires, y compris l’ExEM, a été décrite. Notamment, nouvellement créé ex utero les SEM humains ressemblaient à l’architecture tridimensionnelle (3D) et aux marqueurs de développement cruciaux de in utero d’embryons humains naturels, en particulier de 7-8dpf à 13-14dpf sur la base des stades Carnegie 5a-6a. Les stades de Carnegie sont un système standardisé utilisé par les embryologistes pour décrire la maturité des embryons.
Une répartition spatiale appropriée des lignées cellulaires a été observée, dans laquelle des compartiments embryonnaires et extra-embryonnaires définis se sont formés en l’absence de fécondation ou d’interaction avec les tissus maternels. Il est important de noter que cela a été réalisé sans l’utilisation d’une voie de signalisation externe ciblée pour induire l’auto-organisation des cellules agrégées. Ainsi, au niveau structurel, le SEM humain nouvellement développé ressemble de manière significative, mais n’est pas identique, aux conditions naturelles in utero.
Le corps embryonnaire (EB) généré ne contenait pas les marqueurs les plus fondamentaux et déterminants des modèles d’embryons intégrés. Par exemple, les agrégats de type EB manquaient de lignées cellulaires clés d’embryons en développement, notamment la lignée viscérale, trophoblastique et l’endoderme primitif pariétal.
De plus, les EB manquaient de disque embryonnaire, de disque bilaminaire, de sac vitellin, d’hypoblaste et de compartiment semblable à un trophoblaste environnant, qui sont des caractéristiques structurelles essentielles du développement des embryons. Les agrégats de type EB étaient également limités dans leur capacité à progresser structurellement vers les étapes de développement suivantes après la formation initiale des agrégats. Ainsi, ces agrégats EB ne peuvent pas être considérés comme des modèles d’embryons.
Conclusions
Il est important d’étudier le développement post-implantatoire précoce chez l’humain pour mieux comprendre l’embryogenèse humaine, ce qui fournira également des informations importantes sur les fausses couches précoces et le développement de malformations congénitales. L’étude actuelle visait à développer un modèle d’embryon contenant toutes les structures embryonnaires importantes, ce qui faciliterait les recherches futures sur l’embryogenèse précoce.
Les agrégats EB formés dans cette étude ne répondaient pas à tous les critères ; par conséquent, il ne peut pas être utilisé comme modèle pour étudier le développement de l’embryon. Compte tenu des structures embryonnaires bien définies développées dans cette étude, il est possible qu’en surmontant les limitations associées à la formation d’agrégats EB, ce modèle puisse être utilisé pour étudier l’embryogenèse précoce.
