Исследователи из Кембриджского университета и Калифорнийского технологического института создали эмбрионы мышей с рабочим мозгом и сердцем без участия мамы и папы: просто вырастили их из стволовых клеток.
Исследователи из Кембриджского университета и Калифорнийского технологического института создали эмбрионы мышей с рабочим мозгом и сердцем без участия мамы и папы: просто вырастили их из стволовых клеток.
Стволовые клетки — это клетки организма, которые могут превратиться в другие клетки. Они есть у нас до сих пор, в костном мозге.
Человечество знает о них довольно давно — с 1960 года. И к 2021 году уже научилось довольно неплохо с ними справляться. Например, мы уже умеем выращивать мозг — нейронный массив, который можно использовать в экспериментах и даже проверять новые виды лекарства. А еще можно взять клетки вашей кожи, вернуть в состояние стволовых клеток и создать из них другие клетки, например, печени или сердца.
Но можно ли вырастить из них живой организм?
Исследователи из Кембриджского университета и Калифорнийского технологического института потратили на свою работу около десяти лет и создали модели мышиных эмбрионов из стволовых клеток.
Результаты исследования могут помочь понять, почему некоторые эмбрионы разрушаются, а другие продолжают развиваться в плоде в рамках здоровой беременности. Кроме того, результаты могут быть использованы для восстановления и разработки синтетических органов для трансплантации.
Мы собрали эмбрионы, полученные из стволовых клеток… и показали, что они повторяют все естественное развитие мышиного эмбриона в утробе до 8,5 дня. Наша модель эмбриона демонстрирует складки головы с определенными участками переднего и среднего мозга и развивает бьющуюся сердцевидную структуру ствол, содержащий нервную трубку и сомиты, хвостовую почку, содержащую нейромезодермальные предшественники, кишечную трубку и первичные зародышевые клетки. Эта полная модель эмбриона развивается во внеэмбриональном желточном мешке, инициирующем развитие кровеносного островка», — говорится в аннотации исследования, опубликованного в Nature.
Исследование проводилось в лаборатории Магдалены Зерницкой-Гетц, профессора биологии и биологической инженерии Калифорнийского технологического института Брена, профессора развития млекопитающих и биологии стволовых клеток в отделе физиологии, развития и нейронаук Кембриджа.
Итак, модель эмбриона была разработана без яйцеклеток или спермы. Вместо этого исследователи использовали три типа стволовых клеток, присутствующих на ранних этапах развития млекопитающих.
Чтобы эмбрион человека успешно развивался, нужен диалог между тканями, которые станут эмбрионом, и тканями, которые будут соединять эмбрион с матерью. В первую неделю после оплодотворения развиваются три типа стволовых клеток. Один тип станет тканями организма. Два других — экстраэмбриональные стволовые клетки будут поддерживать развитие эмбриона снаружи: в качестве плаценты (соединяет плод с матерью и обеспечивает кислород и питательные вещества) и желточного мешка (где растет эмбрион и из которого он получает питательные вещества на ранних этапах развития).
То есть ученые создали не только сам эмбрион, но и его «ближайшее окружение».
Раздражая определенный набор генов и создавая среду для их взаимодействия, исследователи смогли сделать так, что эти три типа стволовых клеток стали «разговаривать» между собой. После чего стволовые клетки начали создавать структуры, а те — развиваться. В результате появился эмбрион и желточный мешок, в котором он развивается.
Причем с полностью развитым мозгом.
«Это открывает новые возможности для изучения механизмов нейроразвития в экспериментальной модели, — говорит Зерницкая-Гетц. — На самом деле, мы демонстрируем подтверждение этого принципа в статье: удаляем известный ген, необходимый для формирования нервной трубки, предшественника нервной системы, а также для развития мозга и глаз. При отсутствии этого гена синтетические эмбрионы обнаруживают точно такие же дефекты развития мозга, как у животного, естественно несущего эту мутацию. Это означает, что мы можем начать использовать такой подход ко многим генам с неизвестной функцией развития мозга».
То есть мы можем выращивать эмбрионы с любыми генетическими отклонениями. И посмотреть, что бывает в разных случаях.
«Модель эмбриона стволовой клетки важна, поскольку она дает нам доступ к развивающейся структуре на стадии, которая обычно скрыта от нас из-за имплантации крошечного эмбриона в утробу матери, — говорит Зерницкая-Гетц. — Эта доступность позволяет манипулировать генами, чтобы понять их роль в развитии в модельной экспериментальной системе».
А если думать о будущем и говорить цинично, можно потренироваться, чтобы потом, когда биоэтика позволит генетический дизайн будущих поколений, знать, какие точно гены надо подавлять, а какие — наоборот, подсветить и что после этого произойдет.
«Наша модель мышиного эмбриона развивает не только мозг, но и бьющееся сердце — все компоненты, из которых состоит тело, — говорит Магдалена Зерницкая-Гетц. — Просто невероятно, что мы зашли так далеко. Это было мечтой нашего сообщества в течение многих лет и главным направлением нашей работы в течение десяти лет, и, наконец, мы это сделали».
Если в будущем обнаружится, что эти методы подходят для человека, их можно будет использовать не только для исследований беременности, но и для выращивания синтетических органов.
