Mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoffen und Lasermikroskopen beobachteten Forscher der University of Pennsylvania in Philadelphia Zellteilungen und Chromosomentrennungen in Echtzeit, ohne dass genetische Veränderungen erforderlich waren – und umgingen so ethische Fragen. Die in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Studie deckte auch entscheidende Unterschiede zwischen der Entwicklung von Menschen- und Mäuseembryonen auf, was die Einzigartigkeit der menschlichen Embryogenese unterstreicht. Die Beobachtungen könnten bei der Entwicklung nicht-invasiver Screening-Methoden für Embryonen bei IVF-Behandlungen hilfreich sein.
Die Technik, mit der sogar Chromosomentrennungsstörungen erfasst werden können, hat potenzielle klinische Anwendungen bei der Überwachung und Auswahl von Embryonen vor der IVF-Implantation. Die Forscher planen, die Technik weiter zu verfeinern, indem sie Laser-Mikroskope mit geringerer Intensität und zusätzliche Farbstoffe für längere Zeiträume verwenden.
- Wissenschaftler haben eine bahnbrechende Leistung vollbracht, indem sie menschliche Embryonen mit der bisher höchsten Auflösung abgebildet und dabei Zellteilungen und Chromosomentrennungen ohne genetische Veränderungen in Echtzeit beobachtet haben;
- Die Studie zeigt entscheidende Unterschiede zwischen der Entwicklung von Menschen- und Mäuseembryonen auf und verdeutlicht die Einzigartigkeit der menschlichen Embryogenese.
- Die Technik hat potenzielle klinische Anwendungen bei der Überwachung und Auswahl von Embryonen für die IVF-Implantation. Sie könnte zur Entwicklung nicht-invasiver Screening-Methoden für Embryonen führen und die Erfolgsquoten bei IVF-Behandlungen verbessern.
Die verborgenen Feinheiten der Embryonalentwicklung aufgedeckt
In der bahnbrechenden Studie, die in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht wurde, ist es gelungen, die ersten vierzig Stunden der menschlichen Embryonalentwicklung mit einer bisher unerreichten Detailgenauigkeit aufzuzeichnen. Durch die Verwendung der Fluoreszenzfarbstoffe SPY650-DNA und SPY555-Actin gelang es den Forschern, genomische DNA bzw. ein Protein namens F-Actin zu markieren. Diese Markierungen ermöglichten es, zelluläre Ereignisse wie Zellteilung und Chromosomentrennung in Echtzeit zu beobachten. Ein solches Maß an Überwachung wurde bisher noch nie erreicht und ermöglicht ein tieferes Verständnis der frühen menschlichen Entwicklung.
Im Gegensatz zu früheren Ansätzen erfordert diese nicht-invasive Bildgebungstechnik keine genetische Veränderung der Embryonen. Damit wird ein wichtiges ethisches Problem auf dem Gebiet der Embryonalforschung gelöst, da keine genetische Manipulation erforderlich ist, die den Embryo möglicherweise schädigen könnte. Es eröffnet auch neue Möglichkeiten zur Untersuchung der Embryonalentwicklung ohne ethische Einschränkungen.
Die Entdeckung der kleinsten Details der menschlichen Embryogenese
Eines der wichtigsten Ergebnisse der Studie war die Beobachtung, dass Zellen in der äußeren Schicht des Embryos, dem so genannten Trophektoderm, während der Interphasenphase der Zellreplikation einen Teil der DNA verlieren. Diese Fehler bei der Zellreplikation könnten mit Chromosomenanomalien wie Aneuploidie in Verbindung gebracht werden, die mit Schwangerschaftsverlusten und fehlgeschlagenen Implantationen einhergehen. Diese neuen Erkenntnisse bieten die Möglichkeit, diese Probleme zu korrigieren und so die Erfolgsquoten bei IVF-Behandlungen zu verbessern.
Die Forscher entdeckten auch wichtige Unterschiede in den frühen Entwicklungsstadien zwischen menschlichen und Mäuse-Embryonen. Sie fanden heraus, dass der Prozess der Verdichtung, bei dem die Zellen ihre Form verändern, bei menschlichen Embryonen im 12-Zell-Stadium beginnt, bei Mäusen dagegen erst im 8-Zell-Stadium. Darüber hinaus verläuft die Verdichtung bei menschlichen Embryonen asynchroner, was zu Unterschieden bei der Bildung von inneren und äußeren Zellen führt. Diese Unterschiede unterstreichen die Einzigartigkeit der menschlichen Embryogenese und verdeutlichen die Grenzen des alleinigen Rückgriffs auf Tiermodelle zum Verständnis der menschlichen Entwicklung.
Bühne frei für bahnbrechende klinische Anwendungen
Die Forscher planen nun, ihr Bildgebungsverfahren auf längere Zeiträume der menschlichen Embryonalentwicklung auszudehnen. Sie beabsichtigen, Lasermikroskope mit geringerer Intensität und zusätzliche Farbstoffe zu verwenden, um andere Strukturen wie Zellmembranen zu markieren. Dies wird die Auflösung und Detailgenauigkeit der Bilder weiter verbessern und es den Wissenschaftlern ermöglichen, noch tiefer in die Komplexität der Embryogenese einzudringen.
Diese fortschrittliche Bildgebungstechnik könnte in Zukunft bedeutende klinische Anwendungen haben. Sie könnte eine nicht-invasive Überwachung von Embryonen in der Klinik ermöglichen, so dass medizinisches Fachpersonal fundiertere Entscheidungen darüber treffen kann, welche Embryonen bei IVF-Verfahren implantiert werden sollen. Da sie ein klareres Bild von der Entwicklung des Embryos und möglichen Chromosomenanomalien liefert, könnte sie auch zur Entwicklung wirksamerer Screening-Methoden für durch IVF gezeugte Embryonen beitragen.