Британские ученые из Кембриджского университета получили искусственные эмбрионы мышей, обладающие бьющимся сердцем, мозгом и зачатками других органов. Такие модели помогут для исследований в области фундаментальной биологии, а в будущем на основе подобного подхода можно будет выращивать искусственные органы для трансплантации. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Для успешного развития человеческого эмбриона должен быть обеспечен «диалог» между тканями, которые станут собственно эмбрионом, и тканями, обеспечивающими его контакт с матерью. В первую неделю после оплодотворения развивается три типа стволовых клеток. Один из них составит ткани будущего организма, а два других будут способствовать развитию эмбриона. К одному из них относятся экстраэмбриональные стволовые клетки, образующие плаценту. Она соединяет ребенка с матерью и снабжает его кислородом и питательными веществами. Другой тип таких стволовых клеток образует желточный мешок, в котором эмбрион растет и от которого получает питательные вещества на ранних стадиях развития. Часто проблемы при беременности возникают уже на той стадии, где три типа стволовых клеток начинают взаимодействовать друг с другом, обмениваясь механическими и химическими сигналами.
Изначально британские ученые рассматривали причины, которые препятствуют нормальному развитию беременности. В результате многолетних исследований они разработали подход, который позволил им получить искусственный эмбрион мыши без оплодотворения исходных организмов. Исследователи использовали три типа стволовых клеток, которые участвуют в раннем эмбриональном развитии, и направляли их, имитируя естественные процессы. Искусственным образом стимулируя экспрессию определенных генов в клетках и обеспечивая особую среду для их взаимодействий, ученые заставили клетки «общаться» между собой. В результате стволовые клетки самостоятельно организовались в структуры, которые прошли через стадии развития, характерные для эмбрионов. У получившихся эмбрионов даже было бьющееся сердце, зачатки мозга, яичный желток. На сегодняшний день это лучший результат для модели, полученной из стволовых клеток.
Значительным достижением исследования стало то, что у эмбриона был функционирующий мозг. Это открывает возможности для экспериментального изучения развития мозга. Ученые даже провели эксперимент, доказывающий, что это возможно. Они «отключили» ген, который важен для образования нервной трубки, из которой образуется нервная система. Следовательно, этот ген ответственен за образование мозга и глаз. Без этого гена в синтетических эмбрионах были те же дефекты, что и в животных с такой мутацией. Это доказывает, что с помощью эмбриональных моделей можно изучать неизвестные функции генов, участвующих в развитии мозга.
В данной работе ученые работали с мышиными клетками, но сейчас они занимаются разработкой аналогичного подхода с использованием человеческих стволовых клеток. Это поможет в понимании механизмов эмбрионального развития, которые невозможно изучить на реальных эмбрионах по этическим соображениям. Однако у таких экспериментов есть еще одно применение. Если они покажут себя успешно, аналогичный подход можно будет использовать для выращивания искусственных органов для трансплантации.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
