Учёные вырастили искусственный эмбрион мыши с зачатками мозга и бьющимся сердцем
Исследователи Кембриджского университета в Великобритании вырастили из стволовых клеток живой эмбрион мыши с зачатками мозга и бьющимся сердцем на ранней стадии развития. Результаты работы стали кульминацией более чем десяти лет исследований. Главным образом учёные планируют использовать полученные данные для выращивания синтетических человеческих органов для трансплантации, а также для выяснения точных причин, почему некоторые эмбрионы погибают во время беременности.
Эмбрион выращивали без яйцеклеток и сперматозоидов. Вместо этого исследователи имитировали естественные процессы в лабораторных условиях, направляя к точке взаимодействия три типа стволовых клеток, обнаруженных на ранних стадиях развития эмбрионов млекопитающих. Стимулируя экспрессию определённого набора генов и создавая необходимые условия, исследователи заставили стволовые клетки взаимодействовать, имитируя естественные процессы развития эмбриона. Так продолжалось, пока у искусственных эмбрионов не образовались бьющиеся сердца и зачатки мозга, а также желточный мешок, где эмбрион развивается и из которого он получает питательные вещества в первые недели развития.
Это уже не первый эмбрион, выращенный из стволовых клеток в лабораторных условиях. В марте прошлого года израильские учёные опубликовали исследование, в котором описали, как вырастили эмбрион мыши ex utero (вне матки) до этапа формирования конечностей. Исследователи из Великобритании подтвердили жизнеспособность метода израильских учёных, но прошли в своей работе дальше. На текущий момент это самая продвинутая стадия развития искусственных эмбрионов из стволовых клеток, при этом исследователи считают, что можно зайти и дальше.
Исследование опубликовано в журнале Nature в статье »Synthetic embryos complete gastrulation to neurulation and organogenesis». Статья платная, но в материале N+1 представлены некоторые подробности из исследования.
Авторы работы использовали три типа клеток: эмбриональные (для формирования тканей зародыша), трофобласт (основная внезародышевая ткань) и внезародышевая эндодерма. Клетки поместили в общую чашу, где сформировали эмбрион. На пятый день зародыши активно проходили этап гаструляции, на седьмой день клетки перенесли во вращающийся сосуд, где они росли до этапа, аналогичного 8,5 дню развития. На этом моменте у эмбрионов уже было длинное тело с зачатками мозга и хвостом, бьющееся сердце, а также аллантоис и желточный мешок.
После исследователи начали сравнивать искусственных эмбрионов с настоящими. Они отсеквенировали РНК обычных эмбрионов и нашли там 26 клеточных типов, все из которых обнаружили и у искусственных. Нервная система в обоих случаях также развивалась похожим образом, за исключением нарушений в экспрессии гена Otx2 у искусственных эмбрионов. Этот ген отвечает за разметку мозга.
В туловище искусственного эмбриона нашли сегменты, из которых развиваются скелет и мышцы, а также бьющийся мешочек, который по мере развития должен был стать полноценным сердцем.
Формирование нервной системы у обычных (E8.0) и искусственных (ETiX8) зародышей. a — вид с головы, b — вид со спины, c — вид сбоку. Sox1 и Sox2 — маркеры нервной ткани, DAPI — любые клетки, Otx2 — маркер передних и средних частей мозга, FoxG — маркер передней части мозга. В ракурсе со спины видны складки головного мозга, напоминающие уши, и двойная полоска нервных складок вдоль тела. Материал взят из статьи N+1
Израильские учёные, оказывающие содействие в данной работе, в будущем планирует экспериментировать с искусственными зародышами человека, прогресс с которыми тормозится из-за этических и законодательных ограничений.
