Исследователи из США создали из стволовых клеток — главных клеток организма, способных развиться почти в любой тип клеток, — модели мышиных эмбрионов, у которых есть бьющееся сердце, а также основы для мозга и всех органов в теле мыши, сообщает пресс-служба Калифорнийского технологического института. Подробно итоги работы описаны в журнале Nature.
Для успешного развития человеческого эмбриона необходим «диалог» между тканями, которые составят тело эмбриона, и тканями, которые соединят эмбрион с матерью. В первую неделю после оплодотворения развиваются три типа стволовых клеток: одни со временем станут тканями организма, а два других будут поддерживать развитие эмбриона. Один из этих двух последних типов, известный как внеэмбриональные стволовые клетки, станет плацентой, которая соединяет плод с матерью и обеспечивает кислородом и питательными веществами. Другой станет желточным мешком, где растет зародыш и из которого он получает питательные вещества на раннем этапе развития.
Модель мышиного эмбриона была разработана без яйцеклеток или сперматозоидов. Вместо этого исследователи имитировали естественные процессы в лаборатории, направляя три типа стволовых клеток, обнаруженных в раннем развитии млекопитающих, – до момента, когда они начинают взаимодействовать друг с другом. Вызывая экспрессию определенного набора генов и создавая уникальную среду для их взаимодействия, ученые смогли заставить стволовые клетки «разговаривать» друг с другом.
Стволовые клетки самоорганизовались в структуры, которые прошли через последовательные стадии развития, пока у синтетических эмбрионов не появилось бьющееся сердце и основа для мозга, а также желточный мешок. Кроме того, исследователи смогли сгенерировать весь мозг, в частности переднюю область. «Это открывает новые возможности для изучения механизмов развития нервной системы в экспериментальной модели», — говорит Магдалена Зерницка-Гетц (Magdalena Zernicka-Goetz) из Калифорнийского технологического института.
Ученые уже попробовали отключить в модели ген, который необходим для формирования нервной трубки, предшественника нервной системы, а также для развития мозга и глаз. У синтетических эмбрионов без этого гена появились известные дефекты развития мозга, как и у животных, несущих эту мутацию. Это означает, что ученые могут начать применять такой подход ко многим генам с неизвестной функцией в развитии мозга.
Сейчас исследователи разрабатывают аналогичную модель развития человеческого эмбриона, чтобы понять механизмы, лежащие в основе важнейших процессов, которые в противном случае было бы невозможно изучить на реальных эмбрионах. Если в будущем эти методы окажутся успешными, их можно будет использовать для разработки синтетических органов для пересадки.
[Фото: COURTESY OF M. ZERNICKA-GOETZ]
