Дослідники з Кембридзького університету та Каліфорнійського технологічного інституту створили ембріони мишей із робочим мозком і серцем без участі мами й тата: просто виростили їх зі стовбурових клітин.
Дослідники з Кембридзького університету та Каліфорнійського технологічного інституту створили ембріони мишей із робочим мозком і серцем без участі мами й тата: просто виростили їх зі стовбурових клітин.
Стовбурові клітини — це клітини організму, які можуть перетворитися в інші клітини. Вони є в нас досі, у кістковому мозку.
Людство знає про них досить давно — з 1960 року. І до 2021 року вже навчилося досить непогано з ними вправлятися. Наприклад, ми вже вміємо вирощувати мозок — нейронний масив, який можна використовувати в експериментах і навіть перевіряти нові види ліків. А ще можна взяти клітини вашої шкіри, повернути до стану стволових клітин — і створити з них інші клітини, наприклад, печінки чи серця.
Та чи можна виростити з них цілий живий організм?
Дослідники з Кембридзького університету та Каліфорнійського технологічного інституту витратили на свою роботу близько десяти років — і створили моделі мишачих ембріонів зі стовбурових клітин.
Результати дослідження можуть допомогти зрозуміти, чому деякі ембріони руйнуються, а інші продовжують розвиватися в плід у межах здорової вагітності. Крім того, результати можуть бути використані для відновлення та розробки синтетичних людських органів для трансплантації.
«Ми зібрали ембріони, отримані зі стовбурових клітин… і показали, що вони повторюють увесь природний розвиток мишачого ембріона в утробі до 8,5 дня. Наша модель ембріона демонструє складки голови з визначеними ділянками переднього та середнього мозку та розвиває серцеподібну структуру, що б’ється, стовбур, що містить нервову трубку та соміти, хвостову бруньку, що містить нейромезодермальні попередники, кишкову трубку та первинні зародкові клітини. Ця повна модель ембріона розвивається в позаембріональному жовтковому мішку, який ініціює розвиток кровоносного острівця», — ідеться в анотації дослідження, опублікованому в Nature.
Дослідження проводилося в лабораторії Магдалени Зерницької-Гетц, професорки біології та біологічної інженерії Каліфорнійського технологічного інституту Брена, професорки розвитку ссавців і біології стовбурових клітин у відділі фізіології, розвитку та нейронаук Кембриджа.
Отож, модель ембріона була розроблена без яйцеклітин чи сперми. Замість цього дослідники використали три типи стовбурових клітин, які присутні на ранніх етапах розвитку ссавців.
Щоб ембріон людини успішно розвивався, потрібен «діалог» між тканинами, які стануть ембріоном, і тканинами, які з’єднуватимуть ембріон з матір’ю. У перший тиждень після запліднення розвиваються три типи стовбурових клітин. Один тип стане тканинами організму. Два інших — екстраембріональні стовбурові клітини підтримуватимуть розвиток ембріона зовні: як плаценту (з’єднує плід із матір’ю та забезпечує кисень і поживні речовини) та жовтковий мішок (де росте ембріон і з якого він отримує поживні речовини на ранніх етапах розвитку).
Тобто вчені створили не тільки сам ембріон, але і його «найближче оточення».
Подразнюючи певний набір генів і створюючи середовище для їхньої взаємодії, дослідники змогли зробити так, що ці три типи стовбурових клітин почали «розмовляти» між собою. Після чого стовбурові клітини почали створювати структури, а ті — розвиватися. У результаті з’явився ембріон і жовтковий мішок, у якому він розвивається.
Причому з повністю розвиненим мозком.
«Це відкриває нові можливості для вивчення механізмів нейророзвитку в експериментальній моделі, — каже Зерницька-Гетц. — Насправді ми демонструємо підтвердження цього принципу в статті: видаляємо відомий ген, необхідний для формування нервової трубки, попередника нервової системи, а також для розвитку мозку та очей. За відсутності цього гена синтетичні ембріони виявляють точно такі самі дефекти розвитку мозку, як у тварини, що природно несе цю мутацію. Це означає, що ми можемо почати застосовувати такий підхід до багатьох генів із невідомою функцією розвитку мозку».
Тобто ми можемо вирощувати ембріони з будь-якими генетичними відхиленнями. І подивитися, що буває в різних випадках.
«Модель ембріона стовбурової клітини є важливою, оскільки вона дає нам доступ до структури, що розвивається на стадії, яка зазвичай прихована від нас через імплантацію крихітного ембріона в утробу матері, — говорить Зерницька-Гетц. — Ця доступність дає нам змогу маніпулювати генами, щоб зрозуміти їхню роль у розвитку в модельній експериментальній системі».
А якщо думати про майбутнє та говорити цинічно, можна потренуватися, щоби потім, коли біоетика дозволить генетичний дизайн майбутніх поколінь, знати, які точно гени треба пригнічувати, а які — навпаки, підсвітити, і що після цього станеться.
«Наша модель мишачого ембріона розвиває не лише мозок, але й серце, що б’ється, — усі компоненти, з яких складається тіло, — каже Магдалена Зерницька-Гетц. — Просто неймовірно, що ми зайшли так далеко. Це було мрією нашої спільноти протягом багатьох років і головним напрямом нашої роботи протягом десяти років, і нарешті ми це зробили».
Якщо в майбутньому виявиться, що ці методи підходять для людини, їх можна буде використати не тільки для досліджень вагітності, але й для вирощування синтетичних органів.
