У крошечного мышиного эмбриоида бьется сердце. Начинают развиваться мышцы, кровеносные сосуды, кишечник и нервная система. Но этот эмбриоид необычен: он был создан в лаборатории из эмбриональных стволовых клеток мыши и представляет собой самую сложную из когда-либо созданных in vitro (в чашке Петри) модель млекопитающего. Модель разработана в Медицинской школе Университета штата Вирджиния (UVA, США). Она поможет ученым понять развитие млекопитающих, бороться с болезнями, создавать новые лекарства и, в конечном итоге, выращивать ткани и органы для людей, нуждающихся в трансплантации, сообщает пресс-служба UVA. Подробнее модель описана в журнале Nature Comnucations.
«Мы нашли способ "направить" агрегаты стволовых клеток, чтобы инициировать эмбриональное развитие. В ответ на эту контролируемую инструкцию агрегаты развиваются в эмбрионоподобные сущности в процессе, который повторяет эмбриональные шаги один за другим, – объяснила Кристин Тисс из Отделения клеточной биологии UVA. – Что удивительно, так это то, что мы можем получить разнообразие тканей, которые присутствуют в подлинном эмбрионе мыши».
Стволовые клетки, из которых вырастили эмбриоид мыши, – это особые клетки, способные превращаться в клетки других типов с определенными функциями – например, в клетки сердца, мозга, костей, нервов. Ученые уже пробовали создавать сложные модели с несколькими типами клеток, что оказалось невероятно сложной задачей. Например, модель клеточной трубки кишечника. Одной этой трубки недостаточно, чтобы создать функциональную кишку, потому что этот орган содержит другие компоненты, такие как гладкие мышцы, кровеносные сосуды и нервы, которые контролируют функцию кишечника и состоят из клеток различного происхождения. Намного легче управлять образованием одного типа клеток в чашке, чем дирижировать «оркестром», необходимым для развития организма.
Новая модель приближается к этому «оркестру». Исследователи сообщают, что это первая in vitro модель эмбриона млекопитающего с таким большим количеством тканей, которые можно построить из стволовых клеток. Что наиболее важно, эти структуры организованы так, как должны, вокруг хорды (предшественника позвоночного столба), определяющей черты позвоночных животных. В модели изящно и правильно сплетены разные типы клеток.
Чтобы добиться этого, команде пришлось преодолеть некоторые из самых серьезных проблем. Предыдущие модели не могли развиваться должным образом, или были неправильно организованы, или были связаны с другими проблемами. Используя свой опыт в биологии развития и опираясь на свою предыдущую работу с использованием клеток эмбрионов рыб (опубликованную в журнале Science в 2014 году), исследователи решили эти проблемы. В результате мышь зародилась в чашке с правильно организованными клетками и тканями. В модели есть хорда; начинает развиваться пищеварительный тракт; бьется сердце; и впервые in vitro развивается нервная система с образованием нервной трубки.
Эмбриоид из чашки Петри еще не является полноценной мышью и не может развиться в нее. Ключевые органы все еще отсутствуют – например, передняя часть мозга. На данный момент развитие эмбриоидов прекращается во время, соответствующее среднему периоду беременности эмбриона мыши. Однако с помощью разработанных методов, ученые однажды смогут манипулировать молекулярными сигналами, которые контролируют формирование эмбриона, и это должно привести к созданию эмбрионоподобных образований, содержащих все ткани и органы, включая передний мозг.
[Фото: COURTESY THISSE LAB AT UVA]
