ข่าว | นักวิทยาศาสตร์ University of California จำลองพัฒนาการระยะแรกด้วย ‘แบบจำลองตัวอ่อนที่ตั้งโปรแกรมได้’ เปิดแนวทางใหม่ในการวิจัยภาวะเจริญพันธุ์
เซลล์เพียงเซลล์เดียวพัฒนาเป็นสิ่งมีชีวิตที่สมบูรณ์ได้อย่างไรในช่วงวันแรกหลังการปฏิสนธิ ยังคงเป็นหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของวิทยาศาสตร์ เนื่องจากพัฒนาการระยะแรกของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกิดขึ้นภายในมดลูก นักวิจัยจึงสังเกตหรือแทรกแซงโดยตรงได้ยากมาโดยตลอด ทำให้ยังเข้าใจได้จำกัดว่าเหตุใดบางครั้งตัวอ่อนจึงหยุดพัฒนา
งานวิจัยบุกเบิกจาก University of California, Santa Cruz กำลังก้าวข้ามข้อจำกัดนี้ นักวิจัยใช้เทคโนโลยี CRISPR ขั้นสูงโดยไม่ใช้ตัวอ่อนจริง เพื่อสร้าง “แบบจำลองตัวอ่อนที่ตั้งโปรแกรมได้” หรือ embryoid ซึ่งจัดระเบียบตัวเองและจำลองระยะสำคัญของพัฒนาการช่วงแรกในห้องปฏิบัติการ ผลงานนี้ตีพิมพ์ใน Cell Stem Cell
“เราต้องการสร้างขึ้นใหม่และแม้แต่ปรับเปลี่ยนปรากฏการณ์ธรรมชาติในจานเพาะเลี้ยง เช่น การก่อตัวของตัวอ่อน เพื่อผลักดันการวิจัยความผิดปกติของพัฒนาการระยะแรก”
—Ali Shariati ผู้เขียนบทความที่รับผิดชอบการติดต่อและผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวโมเลกุลที่ UC Santa Cruz
ตั้งโปรแกรมเซลล์ต้นกำเนิดด้วย CRISPR
งานวิจัยนี้นำร่วมโดย Gerrald Lodewijk นักวิจัยหลังปริญญาเอก และ Sayaka Kozuki ศิษย์เก่าซึ่งปัจจุบันเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ Caltech โดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดของหนูทดลอง เซลล์ต้นกำเนิดเปรียบเสมือนผืนผ้าใบว่างเปล่า และในทางทฤษฎีสามารถพัฒนาเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้ รวมถึงเซลล์สมองหรือเซลล์ลำไส้
ทีมวิจัยใช้ CRISPR ชนิดที่อ่อนโยนกว่า คือระบบกระตุ้นการทำงานของ CRISPR (CRISPRa) แทนที่จะตัด DNA ระบบนี้จะควบคุมและกระตุ้นบริเวณยีนที่จำเป็นต่อพัฒนาการของตัวอ่อน การกระตุ้นอย่างแม่นยำนี้ทำให้เซลล์ต้นกำเนิดสร้างเซลล์ตัวอ่อนระยะเริ่มต้นชนิดต่าง ๆ
“แทนที่จะเติมสิ่งกระตุ้นจากภายนอก เรากระตุ้นสวิตช์ทางพันธุกรรมที่เซลล์มีอยู่แล้ว แล้วปล่อยให้เซลล์กำหนดเองว่าจะเริ่มต้นเส้นทางพัฒนาการอย่างไร” Lodewijk อธิบาย
เซลล์ต้นกำเนิดมากกว่า 80% จัดระเบียบตัวเองภายในไม่กี่วันจนเป็นโครงสร้างคล้ายตัวอ่อนระยะแรก และเริ่มโปรแกรมการแสดงออกของยีนที่ใกล้เคียงกับตัวอ่อนตามธรรมชาติอย่างมาก
“การจัดระเบียบตัวเองมีความคล้ายคลึงกันอย่างน่าทึ่ง เซลล์ดูเหมือนจะรู้ว่าต้องทำอะไร เราเพียงแค่กระตุ้นเบา ๆ เท่านั้น”
—Ali Shariati
สังเกตการจัดระเบียบตัวเองของชีวิตระยะแรก
เซลล์ embryoid ในการเพาะเลี้ยงแสดงพฤติกรรมร่วมกัน รวมถึงการเคลื่อนที่แบบหมุนวนที่มีระเบียบคล้ายฝูงนก ก่อนก่อตัวเป็นรูปแบบตัวอ่อนระยะแรกที่โดดเด่น
ต่างจากวิธีก่อนหน้านี้ที่ใช้สารเคมีบังคับให้เกิดเซลล์ชนิดต่าง ๆ งานวิจัยนี้เน้นการพัฒนาไปพร้อมกัน ซึ่งคล้ายพัฒนาการตามธรรมชาติของตัวอ่อนในร่างกายมากกว่า
“เราไม่ได้สร้างเซลล์ทีละชนิด แต่ปล่อยให้เซลล์เติบโตไปด้วยกันและส่งอิทธิพลต่อกันเหมือนในตัวอ่อนจริง เพื่อสร้างความทรงจำทางชีววิทยาของการเป็นเซลล์ข้างเคียงขึ้นใหม่”
—Shariati
แบบจำลองที่ตั้งโปรแกรมได้อาจเผยสาเหตุของความผิดปกติด้านพัฒนาการ
ข้อได้เปรียบหลักของแบบจำลองตัวอ่อนเหล่านี้คือปรับโปรแกรมได้สูง นักวิจัยสามารถศึกษาระยะแรกที่สุดของชีวิต และจงใจเปิดหรือปิดยีนเพื่อดูว่าการเปลี่ยนแปลงใดทำให้ชนิดเซลล์ การจัดระเบียบเนื้อเยื่อ หรือตัวอ่อนทั้งตัวล้มเหลว
วิธีนี้เป็นแพลตฟอร์มที่มีประสิทธิภาพสำหรับจำลองความผิดปกติด้านพัฒนาการโดยไม่ต้องใช้ตัวอ่อนจริง
ในอนาคตเทคโนโลยีนี้อาจขยายไปใช้กับสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น รวมถึงมนุษย์ เพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาว่าเหตุใดตัวอ่อนมนุษย์ระยะแรกจึงมักไม่ฝังตัวหรือหยุดพัฒนา Shariati กล่าวว่า “ตอนนี้เรามองเห็นจุดติดขัดในช่วงเริ่มต้นของชีวิตได้ชัดเจนขึ้น ซึ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มโอกาสประสบความสำเร็จด้านการสืบพันธุ์ของมนุษย์”
แหล่งที่มา:
รวบรวมจากอินเทอร์เน็ต
เมื่อส่งแบบฟอร์ม คุณยอมรับ นโยบายความเป็นส่วนตัว เพื่อให้เราประมวลผลข้อมูลติดต่อและข้อมูลคำปรึกษาที่คุณให้ไว้ และยอมรับ ข้อกำหนดในการให้บริการ และยินยอมให้เราติดต่อคุณเกี่ยวกับการสอบถามนี้
ข่าว | นักวิทยาศาสตร์ University of California จำลองพัฒนาการระยะแรกด้วย ‘แบบจำลองตัวอ่อนที่ตั้งโปรแกรมได้’ เปิดแนวทางใหม่ในการวิจัยภาวะเจริญพันธุ์
ข่าว | นักวิทยาศาสตร์ University of California จำลองพัฒนาการระยะแรกด้วย ‘แบบจำลองตัวอ่อนที่ตั้งโปรแกรมได้’ เปิดแนวทางใหม่ในการวิจัยภาวะเจริญพันธุ์
เซลล์เพียงเซลล์เดียวพัฒนาเป็นสิ่งมีชีวิตที่สมบูรณ์ได้อย่างไรในช่วงวันแรกหลังการปฏิสนธิ ยังคงเป็นหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของวิทยาศาสตร์ เนื่องจากพัฒนาการระยะแรกของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกิดขึ้นภายในมดลูก นักวิจัยจึงสังเกตหรือแทรกแซงโดยตรงได้ยากมาโดยตลอด ทำให้ยังเข้าใจได้จำกัดว่าเหตุใดบางครั้งตัวอ่อนจึงหยุดพัฒนา
งานวิจัยบุกเบิกจาก University of California, Santa Cruz กำลังก้าวข้ามข้อจำกัดนี้ นักวิจัยใช้เทคโนโลยี CRISPR ขั้นสูงโดยไม่ใช้ตัวอ่อนจริง เพื่อสร้าง “แบบจำลองตัวอ่อนที่ตั้งโปรแกรมได้” หรือ embryoid ซึ่งจัดระเบียบตัวเองและจำลองระยะสำคัญของพัฒนาการช่วงแรกในห้องปฏิบัติการ ผลงานนี้ตีพิมพ์ใน Cell Stem Cell
“เราต้องการสร้างขึ้นใหม่และแม้แต่ปรับเปลี่ยนปรากฏการณ์ธรรมชาติในจานเพาะเลี้ยง เช่น การก่อตัวของตัวอ่อน เพื่อผลักดันการวิจัยความผิดปกติของพัฒนาการระยะแรก”
—Ali Shariati ผู้เขียนบทความที่รับผิดชอบการติดต่อและผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวโมเลกุลที่ UC Santa Cruz
ตั้งโปรแกรมเซลล์ต้นกำเนิดด้วย CRISPR
งานวิจัยนี้นำร่วมโดย Gerrald Lodewijk นักวิจัยหลังปริญญาเอก และ Sayaka Kozuki ศิษย์เก่าซึ่งปัจจุบันเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ Caltech โดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดของหนูทดลอง เซลล์ต้นกำเนิดเปรียบเสมือนผืนผ้าใบว่างเปล่า และในทางทฤษฎีสามารถพัฒนาเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้ รวมถึงเซลล์สมองหรือเซลล์ลำไส้
ทีมวิจัยใช้ CRISPR ชนิดที่อ่อนโยนกว่า คือระบบกระตุ้นการทำงานของ CRISPR (CRISPRa) แทนที่จะตัด DNA ระบบนี้จะควบคุมและกระตุ้นบริเวณยีนที่จำเป็นต่อพัฒนาการของตัวอ่อน การกระตุ้นอย่างแม่นยำนี้ทำให้เซลล์ต้นกำเนิดสร้างเซลล์ตัวอ่อนระยะเริ่มต้นชนิดต่าง ๆ
“แทนที่จะเติมสิ่งกระตุ้นจากภายนอก เรากระตุ้นสวิตช์ทางพันธุกรรมที่เซลล์มีอยู่แล้ว แล้วปล่อยให้เซลล์กำหนดเองว่าจะเริ่มต้นเส้นทางพัฒนาการอย่างไร” Lodewijk อธิบาย
เซลล์ต้นกำเนิดมากกว่า 80% จัดระเบียบตัวเองภายในไม่กี่วันจนเป็นโครงสร้างคล้ายตัวอ่อนระยะแรก และเริ่มโปรแกรมการแสดงออกของยีนที่ใกล้เคียงกับตัวอ่อนตามธรรมชาติอย่างมาก
“การจัดระเบียบตัวเองมีความคล้ายคลึงกันอย่างน่าทึ่ง เซลล์ดูเหมือนจะรู้ว่าต้องทำอะไร เราเพียงแค่กระตุ้นเบา ๆ เท่านั้น”
—Ali Shariati
สังเกตการจัดระเบียบตัวเองของชีวิตระยะแรก
เซลล์ embryoid ในการเพาะเลี้ยงแสดงพฤติกรรมร่วมกัน รวมถึงการเคลื่อนที่แบบหมุนวนที่มีระเบียบคล้ายฝูงนก ก่อนก่อตัวเป็นรูปแบบตัวอ่อนระยะแรกที่โดดเด่น
ต่างจากวิธีก่อนหน้านี้ที่ใช้สารเคมีบังคับให้เกิดเซลล์ชนิดต่าง ๆ งานวิจัยนี้เน้นการพัฒนาไปพร้อมกัน ซึ่งคล้ายพัฒนาการตามธรรมชาติของตัวอ่อนในร่างกายมากกว่า
“เราไม่ได้สร้างเซลล์ทีละชนิด แต่ปล่อยให้เซลล์เติบโตไปด้วยกันและส่งอิทธิพลต่อกันเหมือนในตัวอ่อนจริง เพื่อสร้างความทรงจำทางชีววิทยาของการเป็นเซลล์ข้างเคียงขึ้นใหม่”
—Shariati
แบบจำลองที่ตั้งโปรแกรมได้อาจเผยสาเหตุของความผิดปกติด้านพัฒนาการ
ข้อได้เปรียบหลักของแบบจำลองตัวอ่อนเหล่านี้คือปรับโปรแกรมได้สูง นักวิจัยสามารถศึกษาระยะแรกที่สุดของชีวิต และจงใจเปิดหรือปิดยีนเพื่อดูว่าการเปลี่ยนแปลงใดทำให้ชนิดเซลล์ การจัดระเบียบเนื้อเยื่อ หรือตัวอ่อนทั้งตัวล้มเหลว
วิธีนี้เป็นแพลตฟอร์มที่มีประสิทธิภาพสำหรับจำลองความผิดปกติด้านพัฒนาการโดยไม่ต้องใช้ตัวอ่อนจริง
ในอนาคตเทคโนโลยีนี้อาจขยายไปใช้กับสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น รวมถึงมนุษย์ เพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาว่าเหตุใดตัวอ่อนมนุษย์ระยะแรกจึงมักไม่ฝังตัวหรือหยุดพัฒนา Shariati กล่าวว่า “ตอนนี้เรามองเห็นจุดติดขัดในช่วงเริ่มต้นของชีวิตได้ชัดเจนขึ้น ซึ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มโอกาสประสบความสำเร็จด้านการสืบพันธุ์ของมนุษย์”
แหล่งที่มา:
รวบรวมจากอินเทอร์เน็ต