Разработан метод выращивания мышиных эмбрионов вне матки

Выращивание эмбрионов ex utero (вне матки) было целью ученых с 1930-х годов. Израильские ученые под руководством доктора Якоба Ханны из Вейцмановского института в Реховоте разработали систему, которая позволяет выращивать мышиные эмбрионы вне матки от момента прикрепления до образования задних лапок. Авторы надеются, что их изобретение позволит ответить на многие вопросы биологии развития.

На разработку системы, описанной в их новой публикации, понадобилось семь лет. Ученые разработали вращающийся барабан для культивирования, где можно регулировать не только уровень газов, но и давление. Эта система поддерживает развитие мышиного эмбриона со стадии поздней гаструлы (день эмбрионального развития 7,5; E7,5) до образования задних лапок (около E11). Продолжительность беременности мыши — 20 дней. Протокол позволяет получить около 77% нормальных эмбрионов после четырех дней культивирования. После этого эмбрионы начинают развиваться с нарушениями и быстро умирают. Вероятно, система ex utero не может снабжать эмбрион больших размеров достаточным количеством питательных веществ и кислорода. Выращенные в культуре эмбрионы сравнили с выросшими в матке. Экспрессия генов у них не различалась, что также подтвердили на трансгенных мышах, экспрессирующих GFP.

Далее ученые задались целью продлить период выращивания эмбрионов ex utero, начиная с образования гаструлы (E5,5–6,5). Исследования завершились успехом, такие эмбрионы выращивали без вращения в оптимизированных условиях со стадии E6,5 в течение 48 часов с 97% эффективностью. Эмбрионы, выросшие in utero и ex utero, были морфологически идентичны и не различались по экспрессии генов. Для эмбрионов, которые выращивали ex utero в течение двух дней (E6,5 + 2 дня) провели РНК-секвенирование единичных клеток. Результаты сравнили с зародышами, выросшими в естественных условиях. Во всех эмбрионах идентифицировали три зародышевых листка и внеэмбриональные ткани.

Следующим шагом ученые объединили эти два метода для непрерывного выращивания эмбрионов ex utero с E6,5 до E11. Эффективность составила 55%. Также удалось начать выращивать эмбрионы вне матки со стадии E5,5. В этом случае эффективность была 46% для выращивания до E8,5 и около 20% до стадии органогенеза (42 сомита). Наблюдали небольшую задержку в развитии. Экспрессия генов в искусственно и естественно выращенных зародышах была практически идентичной, как и транскрипция в единичных клетках.

Выращивание зародышей вне матки позволяет вмешиваться в процесс и наблюдать результат на эмбрионе, который продолжает развиваться. Ученым удалось с помощью электропорации эмбриона пометить нервные клетки GFP и проследить за их распределением в нервной ткани через 1–3 дня. Также успешным было внедрение гена GFP в лентивирусных векторах.

Ученые получили химерные зародыши с помощью микроинъекции различных плюрипотентных стволовых клеток в эмбрион после прикрепления. Также выращивание эмбрионов ex utero позволило напрямую наблюдать действие тератогенов.

В мышиный эмбрион на стадии E7.5 вводили человеческие клетки, предшественники микроглий. Человеческие клетки успешно интегрировались, размножились и мигрировали к мозгу. Эти результаты подтвердили возможность создания межвидовых эмбриональных химер для изучения развития человеческих клеток.

Система, которая позволяет напрямую наблюдать развитие мышиных эмбрионов от стадии до гаструляции до стадии позднего органогенеза, станет важным инструментом для биологии развития.

Видео из статьи