Из стволовых клеток создан эмбрион мыши в лабораторных условиях
Впервые в истории учёным удалось вырастить эмбрион, у которого бьётся сердце, развиваются мышцы, кровеносные сосуды, кишечник и нервная система. Данная уникальная модель млекопитающего, созданная из эмбриональных стволовых клеток мыши, является самым сложным организмом из из когда-либо созданных in vitro (в лаборатории).
Искусственный эмбрион, разработанный в Медицинской школе Университета Вирджинии Кристиной и Бернардом Тиссами, является важной ступенью на пути учёных к имитации естественного развития млекопитающих с помощью стволовых клеток. Он поможет лучше понять процесс онтогенеза, бороться с болезнями, создавать новые лекарства и, в конечном итоге, выращивать ткани и органы для людей, нуждающихся в трансплантации.
Результаты работы были опубликованы в Nature Communications.
«Мы нашли способ заставить агрегаты стволовых клеток инициировать эмбриональное развитие. В ответ на направляющие стимулы они формируют эмбрионоподобные структуры в результате процессов, которые поэтапно повторяют развитие зародыша», — объяснила доктор Кристин Тисс (Christine Thisse) из отдела клеточной биологии Университета Вирджинии. «Просто удивительно, что мы можем получить всё разнообразие тканей, присутствующих в настоящем эмбрионе мыши».
Доктор Бернар Тисс (Bernard Thisse), который также является сотрудником отдела клеточной биологии, отметил важность этого достижения:
«Органы человека состоят из нескольких типов клеток, происходящих из различных частей растущего эмбриона», — сказал он. «Кишечник, например, состоит из клеток, которые образуют полую трубку. Модели этой трубки, которые называют органоидами кишечника, уже были ранее выращены в чашке Петри. Однако такой трубки недостаточно для формирования функционального кишечника, поскольку данный орган содержит другие составляющие, такие как гладкие мышцы, кровеносные сосуды и нервы, которые контролируют его функцию и состоят из клеток различного происхождения.
Единственный способ получить все разнообразие клеток, необходимых для формирования функциональных органов, — это разработать системы, в которых присутствуют все клетки-предшественники. Именно это и обеспечивают эмбрионоподобные структуры, созданные нами с использованием стволовых клеток».
Потенциал стволовых клеток
Стволовые клетки обладают уникальным свойством дифференцироваться в клетки других типов с определенными функциями. Например, они могут превращаться в кардиомиоциты, нейроны, остеоциты, миоциты и т.д.
Главный приоритет регенеративной медицины на сегодняшний день – направление потенциала стволовых клеток во благо развития медицинских исследований и лечения пациентов. Однако создание сложных моделей с несколькими типами клеток — невероятно сложная задача. Намного легче контролировать процесс формирования одного типа клеток в чашке Петри, чем управлять их многообразием, необходимым для развития организма, имитирующим естественные процессы.
Созданная Тиссами новая модель отличается высокой степенью сложности. Исследователи сообщают, что это первая модель эмбриона млекопитающего in vitro с таким разнообразным количеством тканей, которые возможно получить из стволовых клеток. Наиболее значимо то, что данные структуры организованы в правильном порядке вокруг нотохорда (предшественника позвоночного столба), определяющего черты позвоночных животных, с максимальной точностью соединяясь воедино.
Чтобы добиться этого, Тиссам и их сотрудникам пришлось преодолеть некоторые из наиболее серьезных проблем в области стволовых клеток. Предыдущие модели были не способны развиваться должным образом, имели неправильную организацию или другие недостатки.
Опираясь на опыт в биологии онтогенеза и основываясь на своей предыдущей работе с использованием клеток эмбрионов рыб (опубликованной в Science в 2014 году), Тиссы решили эти проблемы. Созданный мышиный зародыш отличается правильно организованными клетками, формирующими ткани. У модели Тиссов бьется сердце, присутствует нотохорд, выполняющий свою прямую функцию, начинает формироваться пищеварительный тракт, и впервые in vitro нервная система развивается с образованием нервной трубки.
«Данная мышиная модель in vitro демонстрирует, что мы можем заставлять клетки выполнять сложные программы развития в правильной последовательности. Всё разнообразие созданных тканей позволяет нам надеяться, что научное сообщество сможет создавать органы с надлежащей васкуляризацией, иннервацией и взаимодействием с другими тканями», — сказала Кристин Тисс. «Это необходимо для того, чтобы однажды иметь возможность производить функциональные органы человека в лаборатории. Что позволит преодолеть нехватку органов для трансплантации».
Новая модель Тиссов пока не является полноценным организмом и не может развиться в животное. У неё всё ещё отсутствуют основные части тела, например, передняя часть мозга. На данный момент развитие эмбриоидов прерывается на стадии, соответствующей середине периода вынашивания плода.
Наиболее значимое достижение учёных заключается в разработке эффективного подхода к созданию сложных, эмбрионоподобных структур, имитирующих развитие зародыша мыши. Это существенно продвигает их область исследований, утверждают Тиссы, и предоставляет более индивидуальный контроль над стволовыми клетками.
