Computersimulation der Embryonalentwicklung

Die ersten Schritte eines Embryos besser verstehen

In der Petrischale lässt sich die Entwicklung des Embryos von Anfang mit dem Mikroskop intensiv beobachten. Dennoch konnten Stammzellenforscher bislang nicht genau erklären, woher die Zellen wissen, was für sie der richtige Platz im Embryo ist. Letztlich tragen sie doch alle die gleiche Bauanleitung im Erbgut: Wie also differenzieren sie sich?

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Unter dem Mikroskop lassen sich die ersten Schritte bei der Entstehung von neuem Leben gut beobachten. Kurz nach der Befruchtung beginnt sich die Zygote zu teilen. Zu einer ersten Differenzierung der totipotenten Stammzellen des frühen Embryos kommt es im Blastozysten-Stadium. Doch nach welchen Regeln diese Selbstorganisation abläuft, war bislang völlig unklar. Eine Computersimulation hat nun Licht ins Dunkel gebracht.

 

Nun haben dänische Wissenschaftler der University of Copenhagen die komplexen Prozesse am Computer simuliert. Ihre Erkenntnis ist überraschend: Bei einem fünf Tage alten Embryo gibt es nur vier einfache Regeln, die die komplexe Zellanordnung der sogenannten Blastozyste koordinieren und somit das „Schicksal“ der Zellen bestimmen. Beispielsweise zählen die Zellen ihre Nachbarn, um festzustellen, ob sie eine innere oder eine äußere Zelle sind.

 

Vier einfache Regeln bestimmen am Anfang die Embryonalgenese und damit das Wunder des Lebens

Viele Laborexperimente müssen noch die molekularen Mechanismen hinter diesem Regelwerk aufdecken. Experten vermuten, dass eine Zelle die höhere Zelldichte mittels spezieller Rezeptoren auf ihrer Oberfläche „erfühlen“ kann und daraufhin gemäß ihrer Position im Zellhaufen gewisse Gene an und ausschaltet. Erst dadurch ist es möglich, dass eine Zelle ihre ganz spezifische Funktion übernimmt. Während sich die äußeren Zellen der Blastozyste zum Plazentagewebe weiterentwickeln, das für die Versorgung des Embryos im Mutterleib zuständig ist, entwickelt sich aus den inneren Zellen der Blastozyste der Embryo und damit alle Organe, Knochen, das Nervensystem und das Bindegewebe.

Die Simulation jedoch gibt Aufschluss über das Wunder des Lebens. Die Wissenschaftler können mit ihrer Hilfe neues Wissen erlangen, ohne dass an echten Embryos geforscht werden müsste. In Deutschland stehen Embryonen durch das Embryonenschutzgesetz unter besonderem Schutz. Die Forschung an ihnen ist nur in seltenen Fällen erlaubt. Auch die Einfuhr embryonaler Stammzellen ist streng limitiert und genehmigungspflichtig.

 

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