Получены искусственные мышиные эмбрионы с мозгом и бьющимся сердцем

Исследователи из Великобритании, США и Израиля использовали эмбриональные стволовые клетки, а также трофобластные и экстраэмбриональные эндодермные стволовые клетки для создания искусственных мышиных эмбрионов. Они могли развиваться in vitro до стадии, соответствующей восьми с половиной дням после оплодотворения у естественных эмбрионов, то есть имели все области мозга, нервную и кишечную трубки, а также бьющееся сердце. Чуть ранее схожие результаты продемонстрировали израильские ученые под руководством Якоба Ханны.

Credit:
123rf.com

В природе из зиготы получается эпибласт, который даст начало организму, экстраэмбриональная висцеральная энтодерма, участвующая в развитии желточного мешка, и экстраэмбриональная эктодерма, участвующая в развитии плаценты. Из эмбриональных стволовых клеток (клеток эпибласта, ESC) можно получить эмбрионоподобные структуры, но не сами эмбрионы. Исследователи из Великобритании, США и Израиля предложили, как использовать экстраэмбриональные ткани для получения полноценных мышиных эмбриоидов.

Для этого они сливали эмбриональные стволовые клетки с трофобластными стволовыми клетками (TSC) и экстраэмбриональными эндодермными стволовыми клетками (XEN). Впоследствии XEN заменили на индуцированные XEN (iXEN) — эмбриональные стволовые клетки, которые экспрессируют регулятор Gata4. Полученные эмбрионы обозначили как ETiX. Они могли развиваться in vitro до стадии, соответствующей восьми с половиной дням после оплодотворения у естественных эмбрионов: у них были все области мозга, нервная трубка, бьющееся сердце и кишечная трубка. Такие эмбриоиды развивались в желточном мешке.

Сначала авторы изучили нейруляцию с помощью ETiX-эмбриоидов, в частности, профиль экспрессии генов на пятый, шестой и восьмой день после оплодотворения. На основании паттерна экспрессии генов выделили 26 типов клеток, которые присутствовали как в ETiX-эмбриоидах, так и в эмбрионах. В эмбриоидах не хватало одного клеточного кластера, который дает начало гигантским клеткам трофобласта и спонгиотрофобластам. В ходе нейруляции эмбриоиды повторяют образование многих тканей естественных эмбрионов, при этом демонстрируют не только их морфологию, но и профили экспрессии. Анализ не выявил какого-либо специфического стресса или метаболических изменений в ETiX-эмбриоидах.

Далее исследователи проанализировали экспрессию генов, ассоциированных с развитием нервной системы. Они детектировали экспрессию нескольких нейроэпителиальных маркеров, таких как Sox1 и Sox2. На седьмой день паттерн их экспрессии был похож на природные E8?0 эмбрионы. То же было показано для FoxA2, Chordin, Shh, Pax6, Pax3, Keratin и других генов. Профили экспрессии эмбриоидов и эмбрионов были схожи, но сдвинуты во времени.

Авторы также подробно изучили морфологию эмбриоидов и профили экспрессии в ходе сомитогенеза, образования сердца, кишечной трубки и желточного мешка. Они показали как сходство ETiX-эмбриоидов с природными эмбрионами, так и достаточно значительные различия. Особенно большие различия были отмечены в развитии экстраэмбриональных линий, вероятно, из-за отсутствия контактов с материнскими тканями.

По словам авторов, их разработка поможет приблизиться к пониманию того, почему некоторые эмбрионы прогибают, тогда так другие развиваются нормально. Следующим шагом исследователей будет получение искусственных эмбрионов из человеческих клеток. Авторы предполагают, что такие эмбрионы можно будет использовать в качестве источника органов для трансплантации.

Эта идея не нова. В начале августа израильские ученые опубликовали результаты своего исследования по получению искусственных мышиных эмбрионов sEmbryos, которые имитируют естественные эмбрионы на стадии E8,5. Уже тогда разгорелся этический спор по поводу использования органов таких эмбрионов. Руководитель израильского исследования Якоб Ханна предложил получать эмбрионы «без легких, сердца или мозга». Впрочем, по получения искусственных человеческих эмбрионов еще далеко.

Подробнее о ранних опытах Ханны по выращиванию мышиных эмбрионов ex utero — на PCR.NEWS

Источник:

Amadei G., et al. Synthetic embryos complete gastrulation to neurulation and organogenesis // Nature (2022), published August 25, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-05246-3

Добавить в избранное