Ученые воссоздали ключевой этап развития в искусственной мышиной "эмбрионе" из стволовых клеток
Международная группа исследователей использовала мышиные стволовые клетки для создания искусственных эмбрионоподобных структур, способных к "гаструляции" — ключевому этапу в жизни любого эмбриона.
Команда под руководством профессора Магдалены Зерницкой-Гёц из Кембриджского университета ранее создала более простую структуру, напоминающую мышиный эмбрион в культуре, используя два типа стволовых клеток и 3D-каркас для их роста.
В новом исследовании, опубликованном в Nature Cell Biology, ученые усовершенствовали эти структуры, использовав три типа стволовых клеток, что позволило воссоздать процесс гаструляции. На этом этапе клетки эмбриона самоорганизуются в правильную структуру для его формирования.
После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом она делится, образуя свободно плавающий шар из трех типов стволовых клеток:
- Эмбриональные стволовые клетки (ESCs) — формируют будущее тело.
- Трофобластные стволовые клетки (TSCs) — формируют плаценту.
- Стволовые клетки примитивной энтодермы (PESCs) — формируют желточный мешок, обеспечивая правильное развитие органов и питание.
В марте 2017 года команда показала, что комбинация генетически модифицированных ESCs и TSCs на 3D-матрице способна самоорганизоваться в структуру, очень близкую к натуральному эмбриону. Однако ключевой этап — гаструляция — отсутствовал. При гаструляции эмбрион превращается из одного слоя в три: энтодерму, мезодерму и эктодерму, определяя будущие ткани и органы.
"Правильная гаструляция в нормальном развитии возможна только при наличии всех трех типов стволовых клеток. Чтобы воссоздать этот сложный танец, нам пришлось добавить недостающий третий тип", — говорит профессор Зерницкая-Гёц.
Добавление PESCs позволило "эмбриону" пройти гаструляцию и организоваться в три зародышевых листка, характерных для всех животных. Время, архитектура и паттерны активности генов соответствовали естественному развитию.
"Наши искусственные эмбрионы прошли через самое важное событие в жизни в чашке Петри. Теперь они чрезвычайно близки к настоящим эмбрионам. Для дальнейшего развития им потребовалась бы имплантация в тело матери или искусственную плаценту", — добавляет профессор.
Это достижение позволит:
- Лучше понять, как три типа стволовых клеток взаимодействуют для развития эмбриона.
- Изучить самые ранние события в развитии человеческого эмбриона, используя эквивалентные человеческие стволовые клетки, без применения натуральных эмбрионов.
- Исследовать процессы, происходящие после 14-го дня человеческой беременности, что запрещено в Великобритании при работе с настоящими эмбрионами.
"На ранних стадиях развития эмбриона происходит большая часть выкидышей, и это тот этап, о котором мы очень мало знаем. Теперь у нас есть способ моделировать эмбриональное развитие в культуре, и мы должны понять, что именно происходит в этот remarkable период и почему иногда этот процесс терпит неудачу", — заключает профессор Зерницкая-Гёц.