Ученым удалось создать стволовые клетки, которые могут имитировать ранние стадии развития мыши. Исследователи использовали только перепрограммированные стволовые клетки, а не оплодотворенную яйцеклетку, для создания синтетического эмбриона. Они позволили ему расти в течение восьми дней развития. Эта работа пока невозможна с человеческими эмбрионами из-за гораздо более высокой степени сложности, но она может позволить ученым изучать развитие без использования подопытных животных. Это также может позволить использовать новые методы в биологии развития, которые когда-то были невозможны и неэтичны из-за количества животных, которых они потребовали бы. Исследование, о котором сообщалось в Cell, также может предложить новое понимание создания синтетических тканей и органов.
На этом видео можно увидеть синтетический эмбрион мыши на восьмой день его развития. Развитие мыши обычно занимает около 20 дней, что значительно быстрее, чем развитие человека. Этот синтетический эмбрион находится почти на полпути развития и несет в себе желточный мешок, плаценту и бьющееся сердце с формирующимся кровообращением.
Исследователи смогли перепрограммировать взрослые клетки в плюрипотентные стволовые клетки после работы доктора Шиньи Яманаки, которая получила Нобелевскую премию в 2012 году. Но уговорить стволовые клетки развиться в особые типы клеток, а затем сформировать целые органы, было сложнее, отметил руководитель исследования профессор Джейкоб Ханна из Института Вейцмана. “До сих пор в большинстве исследований специализированные клетки часто были либо труднодоступными, либо аберрантными, и они имели тенденцию образовывать мешанину вместо хорошо структурированной ткани, пригодной для трансплантации. Нам удалось преодолеть эти препятствия, высвободив потенциал самоорганизации, закодированный в стволовых клетках”.
Эта команда потратила годы на разработку метода контроля роста эмбрионов мыши вне матки; их можно снабжать питательными веществами, купая в растворе в мензурке. Температуру, кислородный обмен и давление можно тщательно контролировать. Исследователи смогли выращивать эмбрионы мыши таким образом с пятого по одиннадцатый день. На видео ниже показан процесс.
В этом исследовании стволовые клетки были сгруппированы, помечены и обработаны несколькими различными способами. Некоторые из них были запрограммированы на экспрессию основных генетических регуляторов плаценты, в то время как другие экспрессировали регуляторы желточного мешка. “Мы дали этим двум группам клеток временный толчок к возникновению экстраэмбриональных тканей, которые поддерживают развивающийся эмбрион”, - объяснила Ханна.
Затем группы клеток были смешаны в устройстве. Большинство из них развивались неправильно, но некоторые, примерно 50 из 10 000 или около 0,5 процента, образовали сферы, которые позже вытянулись в структуру, напоминающую эмбрион.
Исследователи наблюдали образование таких структур, как плацента и желточный мешок, потому что эти клетки были помечены. Синтетические эмбрионы продолжали развиваться примерно до восьми с половиной дней. К тому времени сформировались многие органы-предшественники, включая нервную трубку и пищеварительный тракт. Исследователи отметили, что эти синтетические эмбрионы примерно на 95 процентов идентичны естественным эмбрионам с точки зрения экспрессии генов, структуры и типов клеток.
Все стадии эмбрионального развития мыши можно увидеть в следующем видео.
“Наша следующая задача - понять, как стволовые клетки знают, что делать, как они самоорганизуются в органы и находят путь к назначенным местам внутри эмбриона", - добавила Ханна. "И поскольку наша система, в отличие от матки, прозрачна, она может оказаться полезной для моделирования дефектов рождения и имплантации человеческих эмбрионов”.
По мере продвижения этого исследования ученым, регулирующим органам и обществу также придется столкнуться с этическими последствиями и вопросами, связанными с этим исследованием, особенно когда речь идет о животных высшего порядка и человеческих эмбрионах.
