Вчені з Інститут науки Вейцмана вперше в історії виростили синтетичні моделі ембріонів мишей поза утробою матері, використовуючи стовбурові клітини, культивовані в чашці Петрі. Це великий прорив медичної науки.
Більше того, процес культивування клітин також здійснюється без використання запліднених яйцеклітин, таким чином обходячи потребу в спермі.
Цей підхід міг би значною мірою уникнути технологічних і моральних проблем, пов’язаних із використанням природних ембріонів у дослідженнях і біотехнологіях, що робить його надзвичайно важливим. Навіть з мишами деякі тести наразі є непрактичними, оскільки вони вимагатимуть тисячі ембріони; однак доступність моделей, розроблених із ембріональних клітин миші, які розмножуються мільйонами в лабораторних інкубаторах, майже необмежена.
Професор Джейкоб Ханна з відділу молекулярної генетики Вейцмана сказав: «Ембріон — найкраща машина для виготовлення органів і найкращий 3D-біопринтер — ми намагалися імітувати те, що він робить. Вчені вже знають, як відновити «стовбурові» зрілі клітини – піонери цього клітинного перепрограмування отримали Нобелівську премію в 2012 році. Але якщо рухатися в протилежному напрямку, змушуючи стовбурові клітини диференціюватися в спеціалізовані клітини тіла, не кажучи вже про цілі органи, виявився набагато більш проблематичним».
«До цього часу в більшості досліджень спеціалізовані клітини часто було або важко виробляти, або вони були неправильними, і вони мали тенденцію утворювати суміш замість добре структурованої тканини, придатної для трансплантації. Нам вдалося подолати ці перешкоди, вивільнивши потенціал самоорганізації, закодований у Стовбурові клітини».
У березні 2021 року вчені розробили пристрій з електронним керуванням, який дозволяє вирощувати природні ембріони миші поза утробою матері. Вчені використовували той самий пристрій у новому експерименті, щоб вирощувати мишачі стовбурові клітини протягом тижня – приблизно половину терміну вагітності миші.
Вчені розділили стовбурові клітини на три групи перед тим, як помістити їх у пристрій. В одному випадку клітини, які згодом самі стали ембріональними органами, залишили в своєму поточному стані. Один із двох типів генів, головних регуляторів плаценти або жовткового мішка, був надмірно експресований у клітинах двох інших груп під час попередньої обробки, яка тривала лише 48 годин.
Ганна сказала, «Ми дали цим двом групам клітин тимчасовий поштовх, щоб створити екстраембріональні тканини, які підтримують розвивається ембріон».
Три групи клітин були швидко об'єднані всередині пристрою, щоб утворити агрегати, більшість з яких не змогли пройти повний розвиток. Однак 50 з 10,000 0.5, або приблизно XNUMX відсотка, утворили сфери, кожна з яких пізніше перетворилася на витягнуту структуру, схожу на ембріон. Плацента та жовтковий мішок були видні поза ембріонами, і розвиток моделі відбувався як у природного ембріона, оскільки вчені позначили кольором кожен набір клітин.
Ці синтетичні моделі розвивалися нормально до 8.5 дня – майже половини 20-денної вагітності миші – на цій стадії сформувалися всі ранні органи-попередники, включаючи серце, що б’ється, кровообіг стовбуровими клітинами та мозок з добре сформованими складками, нервової трубки та кишкового тракту. Порівняно з природними мишачими ембріонами, синтетичні моделі продемонстрували 95-відсоткову схожість як у формі внутрішніх структур, так і в моделях експресії генів різних типів клітин. Органи, які видно на моделях, свідчили про те, що вони функціональні.
Ханна сказав, «Дослідження представляє нову сферу: наше наступне завдання — зрозуміти, як стовбурові клітини знають, що робити — як вони самостійно збираються в органи та знаходять свій шлях до призначених місць всередині ембріона. І оскільки наша система, на відміну від матки, прозора, вона може виявитися корисною для моделювання вроджених та імплантаційних дефектів людських ембріонів».
«Замість того, щоб розробляти різні протоколи для вирощування кожного типу клітин — наприклад, клітин нирок або печінки — можливо, одного дня ми зможемо створити синтетичну модель, схожу на ембріон, а потім виділити потрібні нам клітини. Нам не потрібно буде диктувати органам, що з’являються, як вони повинні розвиватися. Найкраще це робить сам ембріон».
Довідка з журналу:
- Шаді Таразі, Алехандро Агілера Кастрейон та ін. ¬Пост-гаструляційні синтетичні ембріони, створені Ex Utero з мишачих наївних ESC. Осередок 01 серпня 2022 р. DOI: 10.1016 / j.cell.2022.07.028
