Stammzellmodelle enthüllen früheste Stadien der menschlichen Plazenta
Forschende der Columbia University bauen dreidimensionale Organoide, um zu beobachten, wie sich das menschliche Chorion selbst aufbaut
Forschende der Columbia University haben dreidimensionale Stammzellmodelle entwickelt, die die erste strukturelle Formation der menschlichen Plazenta nachbilden. Diese biologische Erfindung, beschrieben in einem in Nature Cell Biology veröffentlichten Artikel, ermöglicht es Wissenschaftlern zu beobachten, wie sich Embryonalzellen außerhalb des Mutterleibs organisieren. Die Plattform bietet einen neuen Weg zu untersuchen, warum die frühe Einnistung scheitert und wie Schwangerschaftskomplikationen entstehen.
Hippo-Signale unterdrücken, um Plazentagewebe auszulösen
Innerhalb von Tagen nach der Befruchtung trifft ein menschlicher Embryo seine erste Entwicklungsentscheidung. Zellen am äußeren Rand erwerben eine extraembryonale Identität, die sie anweist, das Chorion zu bilden, das frühe strukturelle Fundament der Plazenta. Da die Einnistung im Uterus stattfindet und sich grundlegend von der Entwicklung bei Mäusen unterscheidet, war die Untersuchung dieser frühen Schritte eine langjährige Herausforderung.
Um den Prozess in vitro nachzubilden, konzentrierte sich ein Forschungsteam unter der Leitung von Mijo Simunovic, Assistant Professor an der Columbia University, auf den Hippo-Signalweg. Dieser biochemische Signalweg, bekannt für die Regulierung der Wahrnehmung mechanischer Kräfte und des Zellwachstums, steuert auch die früheste Spezialisierung des Embryos. Laut einem Bericht von MedicalXpress setzten Forschende menschliche pluripotente Stammzellen kurzzeitig in einen naiven Zustand der Potenz zurück und verabreichten dann chemische Signale, die die Hippo-Aktivität unterdrückten, um das Plazenta-Programm zu aktivieren.
„Bemerkenswert ist, dass wir den einzelnen Zellen nicht sagen müssen, was sie werden oder wohin sie gehen sollen.“
— Mijo Simunovic, Assistant Professor an der Columbia University
Drei Wochen bis zur Bildung geschichteter Organoide
Nachdem chemische Signale die Plazenta-Sequenz ausgelöst hatten, steuerten die Zellen ihren eigenen Gewebeaufbau. Über drei Wochen produzierten die 3D-Zellkulturen die primären Zelltypen, die im menschlichen Chorion vorkommen.
Ohne fortlaufende manuelle Eingriffe organisierten sich die Zellen zu Chorionschichten und bildeten mit Flüssigkeit gefüllte Hohlräume, die Plazentalakunen nachahmen. In einer sich entwickelnden Schwangerschaft entstehen diese Hohlräume während der Einnistung im Uterus und verbinden sich später mit den mütterlichen Blutgefäßen. Die autonome Musterbildung bestätigt, dass frühe extraembryonale Zellen die strukturellen Anweisungen behalten, die für den Aufbau der Plazenta-Architektur nötig sind.
Schwangerschaftsstörungen und therapeutische Ansätze untersuchen
Strukturelle Störungen während der frühen Plazentaentwicklung können zu Schwangerschaftsverlust sowie zu Erkrankungen wie Präeklampsie und fetaler Wachstumsrestriktion führen, die beide Todesfälle bei Müttern und Neugeborenen verursachen. Während die von Miaoci Zhang geleitete Studie keine zugehörige Patentanmeldung nennt, gibt die Innovation aus dem Labor Wissenschaftlern ein Versuchssystem, das speziell auf menschliches Gewebe zugeschnitten ist.
Simunovic und seine Kollegen werden das 3D-Organoid-System nutzen, um zu untersuchen, wie physikalische Kräfte und biochemische Signale den Aufbau der Plazenta steuern. Künftige Experimente sollen zudem Wechselwirkungen zwischen fetalen Strukturen und mütterlichem Gewebe modellieren, um Fruchtbarkeitsdiagnostik und klinische Behandlungen zu unterstützen.
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