Учёные создали более точную модель раннего эмбриона мыши из стволовых клеток

Учёные из Института Хубрехта (KNAW) и Кембриджского университета (Великобритания) создали сложные эмбрионоподобные структуры из эмбриональных стволовых клеток мыши. Эти структуры, называемые гаструлоидами, впервые смогли сформировать сомиты — блоки ткани, которые позже развиваются в позвонки и мышцы эмбриона. Это первая модель, воспроизводящая столь поздние стадии эмбрионального развития, происходящие после имплантации в матку. Результаты исследования опубликованы в Nature 19 февраля.

Изучение процессов эмбрионального развития млекопитающих (например, регуляции количества позвонков или определения стороны, на которой развивается сердце) часто требует использования мышиных эмбрионов, которые сложно получить в больших количествах. Лаборатории Александра ван Уденаардена и Катарины Зоннен (Институт Хубрехта) и Альфонсо Мартинеса Ариаса (Кембриджский университет) разрабатывают альтернативу — гаструлоиды, выращенные из стволовых клеток в лаборатории.

Сомиты

В 2014 году учёные впервые вырастили гаструлоиды из стволовых клеток мыши. Улучшив условия культивирования, они получили гаструлоиды, формирующие сомиты — блоки ткани, которые позже образуют позвонки и скелетные мышцы. Новая модель сложнее и детальнее напоминает мышиный эмбрион.

"Это первый случай, когда нам удалось создать такие сложные эмбрионоподобные структуры, воспроизводящие стадии развития, которые в норме происходят после имплантации в матку", — говорит Сюзанна ван ден Бринк (Институт Хубрехта).

Сравнение гаструлоидов и эмбрионов

Учёные детально сравнили клеточный состав и расположение тканей вдоль оси "голова–хвост" в гаструлоидах и эмбрионах. Для этого они использовали методы single-cell sequencing и tomo-sequencing:

• Single-cell sequencing определяет активность генов в каждой отдельной клетке, но не даёт информации о её местоположении.
• Tomo-sequencing позволяет измерить активность генов в тонких срезах структуры (от головы к хвосту), сохраняя пространственную информацию.

Подходящая модель

Комбинация методов позволила точно определить типы клеток в гаструлоидах и их расположение вдоль оси тела. Гаструлоиды оказались очень похожи на эмбрионы, что делает их подходящей моделью для изучения эмбрионального развития.

"Важное отличие эмбрионов от гаструлоидов в том, что у гаструлоидов нет мозга или плаценты. Поэтому эти структуры нежизнеспособны", — отмечает Анна Алемани.

Изучение процессов развития

Исследование показывает, что гаструлоиды теперь можно использовать для изучения сложных процессов эмбриогенеза, таких как формирование сомитов.

"Главное преимущество этой модели в том, что гаструлоиды можно выращивать в больших количествах. Это позволяет использовать их для тестирования новых препаратов против пороков развития или оценки токсичности соединений для эмбрионов", — говорит Александр ван Уденаарден.

Гаструлоиды также помогут изучить механизмы возникновения эмбриональных дефектов, например, при формировании сердца и мышц.