Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und am California Institute of Technology (Caltech) haben bedeutende Fortschritte in der Forschung an Maus-Embryo-Modellen gemacht. Ziel dieser Forschungsarbeiten ist es, biologische Prozesse mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) besser zu verstehen. Nach aktuellen Erkenntnissen entwickeln sich jedoch nur etwa 20 Prozent der Embryos normal und sind somit für wissenschaftliche Studien geeignet. Dies verdeutlicht die Herausforderungen, mit denen Forscher konfrontiert sind, wenn sie Embryonen analysieren und deren Entwicklung erforschen möchten. Die Ergebnisse dieser Studie wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Ein innovativer Aspekt dieser Arbeit ist der Einsatz von KI zur automatischen Unterscheidung zwischen normal und nicht normal entwickelten Embryos. Diese Technologie ermöglicht es, entscheidende Merkmale zu identifizieren, die für die Entwicklung von Embryonen ausschlaggebend sind, wie beispielsweise die Anzahl der Zellen. Mit einer Erfolgsquote von fast 90 Prozent kann die KI vorhersagen, welche Embryonen sich normal entwickeln werden, und sie ist in der Lage, den kritischen Zeitpunkt zu ermitteln, an dem sich anscheinend normale Embryos nicht mehr korrekt weiterentwickeln. Dies könnte langfristig dazu beitragen, die zugrunde liegenden Ursachen von Entwicklungsproblemen zu erforschen und frühzeitig regulierend einzugreifen.
Relevanz für die medizinische Forschung
Die Forschungsergebnisse haben das Potenzial, weitreichende Auswirkungen auf die medizinische Forschung und die Behandlung von Krankheiten zu haben. Ein weiterer wichtiger Schritt wird die künftige Anwendung der KI zur Untersuchung von Fehlbildungen bei menschlichen Embryonen sein. Die Möglichkeit, längerfristig auch menschliche Embryonen zu analysieren, könnte die Erkenntnisse in der Geburtsmedizin und der Reproduktionsforschung revolutionieren.
Zusätzlich zu den Fortschritten in der KI-Technologie gibt es auch Entwicklungen im Bereich synthetische Embryonen. Ein Team um Magdalena Zernicka-Goetz von der Universität Cambridge hat synthetische menschliche Embryonen aus Stammzellen geschaffen. Sie berichtete, dass dies ein bedeutender Fortschritt in der Entwicklungsbiologie ist, da frühere Experimente dieser Art lediglich mit Tierembryonen durchgeführt wurden. Diese künstlichen Embryonen, die nicht zu einem vollständigen Menschen heranwachsen können, zeigen jedoch Potenzial als Modelle für regenerative Medizin und Entwicklungsbiologie, was auch von anderen Arbeitsgruppen, darunter Yaqub Hanna vom Weizmann-Institut, unterstützt wird. Ihr Aufsatz wurde kürzlich in der Datenbank BioRxiv veröffentlicht, bevor die Fachartikel der Studien eine unabhängige Begutachtung erhalten haben.
Ethische und rechtliche Herausforderungen
Obwohl die Herstellung solcher embryoähnlichen Strukturen in Deutschland rechtlich nicht verboten ist, unterliegt die Forschung strengen Vorgaben, insbesondere wenn embryonale Stammzellen verwendet werden. In der Diskussion um die Nomenklatur und die rechtliche Einordnung synthetischer Embryonen sehen Experten mögliche Herausforderungen, die auch die bestehenden ethischen Rahmenbedingungen betreffen könnten. Diese Entwicklungen sind nicht ohne Bedenken, insbesondere bezüglich der Verwendung von gentechnischen Veränderungen und Biochemikalien zur Förderung der Entwicklung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Fortschritte in der Erstellung normal entwickelter Embryo-Modelle durch KI sowie die Erzeugung synthetischer embryonaler Strukturen ein neues Licht auf die Forschung und die praktischen Anwendungen für medizinische und regenerative Zwecke werfen. Die Erforschung der Entwicklung von Embryonen bleibt ein komplexes und spannendes Feld, das sowohl ethische Fragestellungen aufwirft als auch das Potenzial für innovative therapeutische Ansätze birgt. Die weiteren Entwicklungen in diesem Bereich sind mit großem Interesse zu verfolgen.
