Gastruloide aus Stammzellen sollen die frühe Embryogenese nachstellen

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Cambridge und Utrecht − Britische und niederländische Forscher haben im Labor aus Stammzellen ein Embryo-artiges Gebilde geschaffen, mit dem sie laut ihrem Bericht in Nature (2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2383-9) die Entwicklungsphase der Gastrulation genauer untersuchen können.

Bei der Gastrulation bildet sich aus der hohlkugelförmigen Blastula durch Einstülpung der Wand die Gastrula. Dabei legen sich 2 Zellschichten übereinander. Aus diesen Schichten entstehen zunächst 2 und später 3 Keimblätter, auf die sich alle Strukturen im menschlichen Körper zurückführen lassen.

Die Gastrulation ist der früheste Zeitpunkt, an dem sich die Zellen sichtbar in unter­schiedliche Richtungen entwickeln und erstmals ein Bauplan des Embryos erkennbar wird.

Für die Forschung ist die Gastrulation bisher eine „Black box“. Sie ist beim Menschen kaum untersucht, da spontane Schwangerschaftsabbrüche in dieser Phase zwar häufig sind, aber selten bemerkt werden. Die Verwendung von künstlich befruchteten Embryonen verbietet sich aus ethischen Gründen.

Eine − ethisch allerdings umstrittene – Alternative ist die Verwendung von embryonalen Stammzellen. Sie werden in der Regel von Embryonen entnommen, die nach einer künstlichen Befruchtung nicht verwendet wurden. Im Gegensatz zu dem Embryo kann sich aus einer embryonalen Stammzelle kein Mensch entwickeln. Die Zellen haben aber die Fähigkeit, sich in alle Zellen des menschlichen Körpers zu differenzieren.

Einem Team um Alexander van Oudenaarden vom Hubrecht Institut in Utrecht und Alfonso Arias von der Universität Cambridge ist es jetzt gelungen, embryonale Stamm­zellen zur Bildung einer Gastrula zu bewegen, die sie als Gastruloid bezeichnen. Dies war vor einigen Jahren bereits bei der Maus gelungen, bei der die embryonale Entwicklung in dieser Phase ähnlich verläuft, es aber möglicherweise auf molekularer Ebene bereits Unterschiede gibt.

Das im Labor kreierte Gastruloid könnte für die Forschung ein wichtiges Instrument sein. Es wird vermutet, dass etliche Geburtsfehler ihren Ursprung in der Phase der Gastru­lation haben. Neben Alkohol, Medikamenten, Chemikalien könnten auch Infektionen hier die weitere Entwicklung ungünstig beeinflussen. Auch eine Unfruchtbarkeit, Fehlgebur­ten und genetische Störungen könnten hier ihren Ursprung haben.

Die Forscher konnten beobachten, dass sich die Zellschichten in dem Gastruloid in einer anteroposterioren Achse ausrichten. Eine Untersuchung der einzelnen Zellen bestätigte die Vermutung, dass –vermutlich erstmals in der menschlichen Entwicklung – in den einzelnen Zellen unterschiedliche Gene aktiv sind. © rme/aerzteblatt.de