Meerschweinchen: Vielversprechendes Tiermodell zur Untersuchung des menschlichen Embryos

Die ersten Tage der Entwicklung eines menschlichen Embryos, die als Präimplantationsphase bezeichnet werden, sind von großer Bedeutung. In dieser Zeit bilden sich die ersten Zellen, die darüber entscheiden, ob der Embryo überleben kann, wie er sich in der Gebärmutter einnistet, und wie sich das Gewebe des Fötus entwickelt. Da die Verwendung menschlicher Embryonen zu Forschungszwecken nach wie vor logistischen, ethischen und rechtlichen Beschränkungen unterliegt, greifen Wissenschaftler auf alternative Modelle zurück, darunter Stammzellmodelle und Tiermodelle. In einer neuen Studie, die in Nature Cell Biology veröffentlicht wurde, zeigt Sophie Petropoulos, Forscherin am CRCHUM, dem Forschungszentrum des Universitätsklinikums der Université de Montréal, und am Karolinska Institutet in Schweden, dass Meerschweinchen als zuverlässiges und robustes Kleintiermodell dienen können, um unser Verständnis in zwei wichtigen Forschungsbereichen zu verbessern: der vergleichenden Biologie und der menschlichen Embryogenese.

Meerschweinchen-Modell, um die frühe Embryogenese des Menschen besser zu verstehen

Meerschweinchen werden seit langem für Studien in der Entwicklungsbiologie verwendet und sind in ihrer allgemeinen Physiologie dem Menschen sehr ähnlich. Sie sind auch die einzigen Kleintiere, die bei den Weibchen einen vollständigen Östruszyklus durchlaufen, einen ähnlichen Implantationsprozess durchlaufen und ähnliche Plazenten entwickeln. „Trotz dieser offensichtlichen Ähnlichkeiten war die Entwicklung vor der Implantation bisher nicht untersucht worden“, so Petropoulos, Associate Professor an der UdeM und Inhaber eines Canada Research Chair in Functional Genomics of Reproduction and Development. „Unser Labor konzentriert sich auf die Erforschung von Unfruchtbarkeit und der frühen menschlichen Entwicklung, daher wollten wir ein Modell finden, mit dem wir unsere Fragen beantworten können.“

In der Studie haben die Forscher eine Technik namens Einzelzell-RNA-Sequenzierung verwendet, um einen vollständigen Atlas der Gene zu erstellen, die an der Präimplantationsentwicklung von Meerschweinchen beteiligt sind, und deren Timing und Expression untersucht. Sie haben auch Signalwege gehemmt und aktiviert, um zu sehen, wie diese Gene die Embryonalentwicklung beeinflussen können. Als die Forscher die Entwicklung des Meerschweinchenembryos mit ihren früheren Arbeiten verglichen, waren sie sehr überrascht von der auffälligen Ähnlichkeit mit der frühen Embryogenese des Menschen.

Modell könnte zu einer Verbesserung von Fertilitätsbehandlungen und Reproduktionstechnologien beitragen

Diese Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für das Verständnis der Unfruchtbarkeit von Frauen und für die Entwicklung von Therapeutika, die eine gesunde Schwangerschaft gewährleisten sollen, so Petropoulos, die bei ihrer Studie von zwei Erstautorinnen unterstützt wurde: Jesica Romina Canizo, wissenschaftliche Mitarbeiterin in Petropoulos‘ Labor am CRCHUM, und Cheng Zhao, Forschungsspezialistin in ihrem Labor am Karolinska Institutet. Das Meerschweinchenmodell kann Wissenschaftlern helfen, zu verstehen, wie sich eine frühe Exposition gegenüber Medikamenten oder Umweltstörungen langfristig auf die Gesundheit von Babys auswirkt oder warum manche Frauen wiederholt Implantationsstörungen haben.

Sie und ihr Team haben nun begonnen, die Embryonalentwicklung und Gastrulation (eine Phase der Embryogenese) nach der Implantation zu untersuchen, während der alle Organe und Gewebe des menschlichen Körpers gebildet werden. Da 80 Prozent der Fehlgeburten im ersten Trimester auftreten, sind Wissenschaftler sehr daran interessiert, diese als „Black Box“ bezeichnete Phase der menschlichen Entwicklung besser zu verstehen. Langfristig könnte das Präimplantationsmodell mit Meerschweinchen äußerst nützliche Informationen über die besten Bedingungen für die Entwicklung gesunder Embryonen und Föten liefern, glauben Petropoulos und ihr Team. Dies könnte zur Verbesserung von Fertilitätsbehandlungen und Reproduktionstechnologien beitragen.