Ученые из Институт Вейцмана впервые вырастили синтетические модели эмбрионов мышей вне матки, используя стволовые клетки, культивированные в чашке Петри. Это крупный прорыв в медицинской науке.
Более того, процесс культивирования клеток также осуществляется без использования оплодотворенных яйцеклеток, что исключает необходимость в сперме.
Такой подход мог бы в значительной степени избежать технологических и моральных проблем, связанных с использованием естественных эмбрионов в исследованиях и биотехнологиях, что делает его невероятно важным. Даже на мышах некоторые тесты в настоящее время непрактичны, поскольку потребуют тысяч эмбрионов; однако доступность моделей, разработанных на основе эмбриональных клеток мыши, которые размножаются миллионами в лабораторных инкубаторах, практически безгранична.
Профессор Джейкоб Ханна из отдела молекулярной генетики Вейцмана сказал: «Эмбрион — лучшая машина для изготовления органов и лучший 3D-биопринтер — мы пытались подражать тому, что он делает. Ученые уже знают, как вернуть зрелым клеткам «стволовость» — пионеры этого клеточного перепрограммирования получили Нобелевскую премию в 2012 году. оказалось гораздо более проблематичным».
«До сих пор в большинстве исследований специализированные клетки часто либо было трудно производить, либо они были аберрантными, и они имели тенденцию образовывать мешанину вместо хорошо структурированной ткани, подходящей для трансплантации. Нам удалось преодолеть эти препятствия, высвободив потенциал самоорганизации, закодированный в стволовые клетки".
В марте 2021 года ученые придумали устройство с электронным управлением, позволяющее выращивать естественные эмбрионы мыши вне матки. Ученые использовали то же устройство в новом эксперименте для выращивания стволовых клеток мыши в течение более недели – это примерно половина срока беременности у мыши.
Перед помещением в устройство ученые разделили стволовые клетки на три группы. В одном случае клетки, которые в конечном итоге сами стали эмбриональными органами, остались в их нынешнем состоянии. Один из двух типов генов, главных регуляторов либо плаценты, либо желточного мешка, был сверхэкспрессирован в клетках двух других групп во время предварительной обработки, которая длилась всего 48 часов.
Ханна сказала: «Мы дали этим двум группам клеток временный толчок, чтобы дать начало внеэмбриональным тканям, которые поддерживают развивающийся эмбрион".
Три группы клеток быстро объединились внутри устройства, образовав агрегаты, большинство из которых не смогли полностью развиться. Однако 50 из 10,000 0.5, или примерно XNUMX процента, сформировали сферы, каждая из которых позже превратилась в удлиненную, похожую на эмбрион структуру. Плацента и желточные мешки были видны вне эмбрионов, и развитие модели протекало как у естественного эмбриона, поскольку ученые закодировали каждый набор клеток цветом.
Эти синтетические модели развивались нормально до 8.5 дня – почти половины 20-дневного срока беременности мыши – на этом этапе сформировались все ранние предшественники органов, включая бьющееся сердце, циркуляцию стволовых клеток крови и мозг с хорошо сформированными складками, нервная трубка и кишечный тракт. По сравнению с естественными эмбрионами мышей синтетические модели продемонстрировали 95-процентное сходство как по форме внутренних структур, так и по характеру экспрессии генов в разных типах клеток. Органы, представленные на моделях, давали все признаки того, что они функционируют.
Ханна — сказал, «Исследование представляет собой новую арену: наша следующая задача — понять, как стволовые клетки знают, что делать — как они самоорганизуются в органы и находят путь к назначенным им местам внутри эмбриона. А поскольку наша система, в отличие от матки, прозрачна, она может оказаться полезной для моделирования врожденных и имплантационных дефектов человеческих эмбрионов».
«Вместо того, чтобы разрабатывать отдельный протокол для выращивания каждого типа клеток – например, клеток почек или печени – мы однажды сможем создать синтетическую модель, подобную эмбриону, а затем изолировать нужные нам клетки. Нам не нужно будет диктовать возникающим органам, как они должны развиваться. Сам эмбрион делает это лучше всего».
Справочник журнала:
- Шади Тарази, Алехандро Агилера Кастрехон и др. ¬Синтетические эмбрионы после гаструляции, полученные ex utero из наивных ЭСК мыши. Ячейка 01 августа 2022 г. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
