Учёным из Кембриджского университета удалось вырастить из стволовых клеток мыши эмбрионы до стадии, когда у зародышей начало биться сердце, сформировались основные структуры мозга и появился желточный мешок, который обеспечивает эмбрион питательными веществами на ранних этапах развития. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Напомним, стволовые клетки отвечают в организме за регенерацию и присутствуют во всех тканях. Стволовые клетки способны создавать соматические, функциональные клетки различных типов.
Отметим, что похожие работы по созданию искусственных эмбрионов ведутся сейчас и другими научными группами. Так, ранее израильским учёным тоже удалось создать эмбрионы мышей из стволовых клеток. Однако эксперимент продлился только до восьмого дня жизни зародышей, когда у них появился общий план тела и начало сокращаться сердце. После этого рост эмбрионов остановился.
Аналогичные опыты проводились учёными из Университета Вирджинии (США), однако и в этом случае развитие эмбрионов остановилось слишком рано, чтобы у них успели сформироваться структуры мозга.
Учёным из Кембриджского университета удалось преодолеть эти проблемы.
«В нашей модели эмбриона мыши развивается не только мозг, но и бьющееся сердце, все компоненты, из которых в дальнейшем формируется тело», — пояснила руководитель научной команды, профессор кафедры физиологии, развития и нейронауки Кембриджского университета Магдалена Зерницка-Гетц.
По её словам, это открывает новые возможности для изучения механизмов развития нервной системы на экспериментальной модели. Учёным удалось отключить у части эмбрионов ген, который необходим для формирования нервной трубки —предшественницы нервной системы, а также для развития головного мозга и глаз.
«В отсутствие этого гена у синтетических эмбрионов проявляются ровно те же самые известные нам дефекты в развитии мозга, что и у животных, несущих подобную мутацию. Это значит, что мы можем начать применять подобный подход ко множеству генов, чьи функции в развитии мозга неизвестны», — добавила профессор.
Кроме того, работа поможет лучше понять принципы развития самого эмбриона. Как отмечают авторы исследования, условием успешного развития естественного зародыша является своеобразный «диалог» между тканями, которые станут самим эмбрионом, и теми, которые должны соединить его с материнским организмом — плацентой и т. д. Эти ткани формируются стволовыми клетками, которые появляются в первые дни после оплодотворения.
Часть зародышей при естественном размножении гибнет именно в тот момент, когда стволовые клетки разных типов начинают обмениваться сигналами, определяющими их будущее развитие.
Исследователи сымитировали естественные процессы в лаборатории, создавая условия, при которых три типа стволовых клеток, присутствующих на раннем этапе развития млекопитающих, начинают взаимодействовать. Вызвав экспрессию определённого набора генов, учёные смогли заставить стволовые клетки «говорить» друг с другом. Во время экспериментов стало ясно, что экстраэмбриональные (околоплодные. — RT.) клетки подают эмбриональным клеткам химические и механические сигналы (через соприкосновение) и контролируют таким образом развитие эмбриона.
По словам авторов исследования, полученные данные помогут учёным понять причины гибели эмбрионов в естественных условиях на ранних этапах развития и найти метод, который позволит предотвращать ранее прерывание беременности.
Кроме того, если эксперименты удастся повторить на человеческих стволовых клетках, это может открыть новые возможности для разработки синтетических органов для трансплантации.
Отметим, что методика получения эмбрионов из стволовых клеток отличается от клонирования. В последнем случае для получения нового организма используются не стволовые клетки, а ядро донорской клетки, содержащее генетическую информацию. Такое ядро подсаживается в яйцеклетку реципиента, из которой перед этим удаляется ДНК, — именно по такой технологии в 1996 году была получена клонированная овца Долли.