Der Tetraploid-Komplementationstest ist eine Technik in der Biologie , bei der Zellen zweier Säugetierembryonen zu einem neuen Embryo kombiniert werden. [ 1 ] Er wird zur Erzeugung gentechnisch veränderter Organismen , zur Untersuchung der Auswirkungen bestimmter Mutationen auf die Embryonalentwicklung und zur Erforschung pluripotenter Stammzellen eingesetzt . Der erste Nachweis, dass induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) durch Tetraploid-Komplementation lebensfähige Mäuse erzeugen können, wurde 2009 erbracht und lieferte starke funktionelle Beweise dafür, dass iPS-Zellen hinsichtlich ihres Entwicklungspotenzials embryonalen Stammzellen gleichwertig sein können. [ 2 ]

Verfahren

Normale somatische Zellen von Säugetieren sind diploid : Jedes Chromosom (und damit jedes Gen ) liegt doppelt vor (ausgenommen Gene des X-Chromosoms, die auf dem Y-Chromosom fehlen). Der Test beginnt mit der Erzeugung einer tetraploiden Zelle, in der jedes Chromosom vierfach vorhanden ist. Dazu wird ein Embryo im Zweizellstadium entnommen und die beiden Zellen durch Anlegen eines elektrischen Stroms fusioniert. Die entstandene tetraploide Zelle teilt sich weiter, und alle Tochterzellen sind ebenfalls tetraploid.

Ein solcher tetraploider Embryo kann sich normal bis zum Blastozystenstadium entwickeln und sich in der Gebärmutterwand einnisten . Die tetraploiden Zellen können extraembryonales Gewebe ( Plazenta etc.) bilden; ein vollständig entwickelter Fötus ist jedoch selten.

Beim Tetraploidie-Komplementationstest wird ein solcher tetraploider Embryo (entweder im Morula- oder Blastozystenstadium ) mit normalen diploiden embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) eines anderen Organismus kombiniert. Der Embryo entwickelt sich dann normal; der Fötus stammt ausschließlich von den ES-Zellen ab, während die extraembryonalen Gewebe ausschließlich von den tetraploiden Zellen abstammen.

Anwendungen

Die tetraploide Komplementation wird oft als einer der strengsten funktionellen Tests der Pluripotenz bei Säugetieren beschrieben, da sie zeigen kann, ob pluripotente Stammzellen in der Lage sind, einen eigentlichen Embryo zu bilden, wenn sie von tetraploiden extraembryonalen Geweben unterstützt werden. [ 3 ]

  • Fremdgene oder Mutationen können relativ einfach in ES-Zellen eingeführt werden, und diese ES-Zellen können dann mithilfe des tetraploiden Komplementationstests zu ganzen Tieren herangezogen werden.
  • Durch das Einbringen gezielter Mutationen in die tetraploiden Zellen und/oder in die ES-Zellen kann man untersuchen, welche Gene für die fetale Entwicklung und welche für die Entwicklung der extraembryonalen Gewebe wichtig sind.
  • Der Tetraploid-Komplementationstest dient auch dazu, zu prüfen, ob induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen, die künstlich aus differenzierten Zellen, z. B. aus Hautzellen, erzeugt werden) die gleiche Kompetenz wie normale embryonale Stammzellen aufweisen. Lässt sich aus einer iPS-Zelle mithilfe des Tetraploid-Komplementationstests ein lebensfähiges Tier erzeugen, gelten die induzierten Stammzellen als embryonalen Stammzellen gleichwertig. Dies wurde erstmals 2009 gezeigt. [ 4 ] Beim Menschen wird die Tetraploid-Komplementation aufgrund ethischer und rechtlicher Bedenken hinsichtlich der Charakterisierung menschlicher Stammzelllinien mittels chimärer Embryo-Tests wie der Tetraploid-Komplementation nicht zur Beurteilung des Potenzials iPS-Zellen eingesetzt. [ 3 ]
  • Nach der ES-Zell-Editierung kann der Tetraploid-Komplementationstest verwendet werden, um ein genetisch verändertes Mausmodell zu erzeugen (direkt ein lebensfähiges Tier ohne Pronukleus- oder Blastozysten-Mikroinjektion herzustellen). [ 5 ]

Obwohl der Test ursprünglich für Mäuse entwickelt wurde und dort am weitesten verbreitet ist, wurden tetraploide Komplementationsansätze auch bei anderen Säugetieren, einschließlich Ratten, angewendet. Hierbei wurden embryonale Stammzellen genutzt, um durch tetraploide Komplementation lebensfähige Tiere zu erzeugen, was die breitere Anwendbarkeit des Tests belegt. [ 6 ]

Einschränkungen und ethische Überlegungen

Die tetraploide Komplementation beinhaltet die Erzeugung chimärer Embryonen und erfordert eine Schwangerschaft im Mutterleib, was ethische Probleme aufwirft und ihren Einsatz in der Forschung an humanen pluripotenten Stammzellen ausschließt. Internationale Richtlinien für die Stammzellforschung betonen die ethische Aufsicht und verbieten die Manipulation menschlicher Embryonen mithilfe von Techniken wie der tetraploiden Komplementation. [ 7 ]

Referenzen

  1. ^ Embryonale Chimären der Maus: Werkzeuge zur Untersuchung der Säugetierentwicklung , Development 130, 6155-6163 (2003)
  2. ^ Hamanaka, Shinya (2009). „Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells“ . Nature . 461 : 93–97 . doi : 10.1038/nature08304 . PMC  2770889 .
  3. ^ a b „Evaluating Strategies to Assess the Differentiation Potential of Pluripotent Stem Cells“ . Stem Cell Reviews and Reports . 2025. Abgerufen am 6. Februar 2026 .
  4. ^ Lan Kang, Jianle Wang, Yu Zhang, Zhaohui Kou, Shaorong Gao. 2009. iPS-Zellen können die vollständige Entwicklung von tetraploiden, blastozystenkomplementierten Embryonen unterstützen. Cell Stem Cell. doi : 10.1016/j.stem.2009.07.001 PMID 19631602 
  5. ^ Liu, FL, Wu K, Sun J, Duan Z, Quan X, Kuang J, Chu S, Pang W, Gao H, Xu L, Li YC, Zhang HL, Wang XH, Luo RH, Feng XL, Scholer HR, Chen X, Pei D, Wu G*, Zheng YT*, Chen J*. Schnelle Generierung eines humanisierten ACE2-Inzuchtmausmodells für COVID-19 mit tetraploider Komplementation[J]. Natl Sci Rev, 2021, 8(2): nwaa285.
  6. ^ Li, TD (2017). „Embryonale Stammzellen der Ratte erzeugen durch tetraploide Komplementation fertile Nachkommen“. Proceedings of the National Academy of Sciences . doi : 10.1073/pnas.1708710114 .
  7. ^ „ISSCR-Richtlinien für die Stammzellforschung“ . Internationale Gesellschaft für Stammzellforschung . Abgerufen am 6. Februar 2026 .