Модель ембріонів була створена з вирощених поза маткою стовбурових клітин до відносно пізньої стадії та демонструє нормальний розвиток органів та тканин.
Яйцеклітина зустрічає сперматозоїд – це основна умова для створення нового життя. Опубліковане в науковому журналі Cell нове дослідження вчених з Інституту ім. Вейцмана кидає виклик основному факту життя. Дослідницька група під керівництвом професора Яакова Хана вперше створила штучні моделі мишачих ембріонів, які розвивалися зі стовбурових клітин та росли поза маткою – без запліднення яйцеклітини спермою. Окрім прориву у вивченні ембріонального розвитку, цей інноваційний підхід може відкрити нові шляхи для медицини майбутнього, включаючи вирощування органів та тканин, які можна буде використовувати для виконання спрямованої на порятунок життя трансплантації.
На відео показаний штучний ембріон миші на восьмому дні розвитку. Ви можете побачити серце, що б’ється, жовтковий мішок, плаценту і початок кровообігу.
Модель штучного ембріона заснована на двох попередніх відкриттях лабораторії професора Хана з кафедри молекулярної генетики Інституту Вейцмана: перше з яких – це ефективний метод повернення ембріональних стовбурових клітин у так званий «наївний» стан – саму ранню стадію розвитку, на якій стовбурові клітини володіють здатністю диференціюватися не тільки в будь-який тип тканини організму плода, але і в тканини поза ембріоном, а саме, у ті, що підтримують розвиток плоду – плаценту та жовтковий мішок. Другим відкриттям є інноваційний метод вирощування ембріонів мишей поза маткою до пізніх стадій розвитку. Цей метод, що розроблявся протягом семи років шляхом проб і помилок, заснований, крім іншого, на пристрої, що рухається, в якому ембріони утримуються в лабораторних склянках і оточені поживним розчином. За відсутності припливу крові від матері до плаценти рух пристрою імітує природне харчування плода, регулюючи при цьому рівень кисню та тиск повітря у лабораторній ємності. В опублікованому у березні 2021 р. у науковому виданні Nature дослідженні зазначено, що вченим вдалося виростити за допомогою цього пристрою натуральні ембріони мишей з 5 по 11 день.
Група вчених. Праворуч: Карін Джубран, Шаді Терзі, Алехандро Агілера, професор Яаков Хана та доктор Ноа Новерштерн.
У новому дослідженні вчені спробували розробити штучну модель мишачих ембріонів — тобто ембріонів, що походять не з заплідненої яйцеклітини, як у попередньому дослідженні, а з ембріональних стовбурових клітин, які вирощувалися роками в культурі. Для цього вчені розділили ембріональні стовбурові клітини в лабораторії на три групи: одна група, з якої розвивався сам ембріон, ця група не піддавалася жодним діям, а дві інші групи піддавалися обробці протягом 48 годин з метою підвищення в них рівня експресії певних генів, необхідних для створення тканин поза ембріоном – плаценти в одній групі та жовткового мішка у другій групі. Після того, як три групи були поміщені в спеціальний пристрій для штучного вирощування ембріонів, вони швидко почали організовуватися в кластери клітин, переважна більшість з яких не розвивалася належним чином. Разом з тим, близько 0,5% з них – 50 із 10 000 – сформували сферичні тканини, які згодом розвинулися у подібну плоду структуру.
На відео показана робота пристрою для вирощування ембріонів мишей поза маткою. Рух пристрою імітує природне годування плода, одночасно регулюючи рівень кисню та тиск повітря у лабораторній посудині.
Вчені попередньо позначили кожну групу клітин різним кольором і таким чином змогли побачити, що штучні моделі, яким вдалося спрогресувати, дійсно розвивалися аналогічно до природних ембріонів, а плацента і жовтковий мішок формувалися окремо від ембріона. Ці штучні моделі мишачих ембріонів нормально розвивалися протягом 8,5 днів – що становить майже половину 20-денного періоду вагітності, в них також утворилися внутрішні органи, які розвиваються в ембріоні першими, включаючи серце, початок кровообігу, правильно сформований мозок, первинні версії центральної нервової системи та травна система. Вирощені ембріони продемонстрували 95% відповідності природним ембріонам мишей – як формою внутрішніх органів, так і характером експресії генів різних типів клітин.
Розвиток штучних ембріонів з 1-го дня (зверху зліва) по 8-й день (знизу праворуч).
Розроблена дослідниками штучна модель відкриває нові обрії у вивченні ембріонального розвитку. «Нашим наступним завданням є необхідність зрозуміти, як стовбурові клітини знають, що їм потрібно робити – як вони організовуються в органи і як вони знаходять свій шлях у ембріоні, що розвивається. Крім того, оскільки, на відміну від матки, наша система прозора, ми можемо використовувати її для вивчення вроджених дефектів та дефектів розвитку, а також для вивчення різних проблем із фертильністю», – докладно описує напрями майбутніх досліджень професор Хана.
Штучні моделі ембріонів також можуть скоротити використання кількості тварин у дослідженнях та в майбутньому навіть стати надійним джерелом клітин, тканин та органів для трансплантації. «Процес розвитку ембріона насправді є складним механізмом виробництва органів – це найкращий біологічний 3D-принтер», – каже професор Хана.
«Замість того, щоб розробляти окремий протокол для вирощування кожного типу клітин, наприклад, клітин нирок або печінки, можливо, в майбутньому ми зможемо створити штучну модель ембріона і виділити з неї потрібні клітини. Ми не диктуватимемо органам, як вони повинні розвиватися – найкраще це робить сам ембріон».
Це зображення восьмого дня життя ембріона миші – штучна модель (зверху), порівняно з природним розвитком (знизу). Штучні ембріони на 95% відповідали природним ембріонам мишей – як формою внутрішніх органів, так і характером експресії генів різних типів клітин.
Дане дослідження було виконано фахівцями кафедри молекулярної генетики Інституту: Шаді Терзі, Алехандро Агілера та Карін Джубран. У дослідженні також взяли участь доктор Франческо Ронкато, Емілі Вільдшуц, доктор Бернардо Олдак, Алідетт Гомез-Сізар, Нір Лівнат, Сергій Вьюков, Дмитро Локштанов, Сегєв Нава Теса, Макс Роз та доктор Ноа Новерштерн; Монтестер Хадад та професор Цві Лапідот з кафедри імунології та біологічної регенерації Інституту ім. Вейцмана, доктор Хадас Керен Шауль із національного центру персоналізованої медицини ім. Ненсі та Стівена Гранд; а також доктор Надір Ганам, доктор Сохір Хана та доктор Ітай Маза з медичного центру «РАМБАМ».
З наукової літератури:
Штучні ембріони мишей розвинулися з 27 стовбурових клітин, розділених на 3 групи: перша група з якої розвинувся сам ембріон, і дві інші групи оброблялися протягом 48 годин з метою підвищення експресії генів, необхідних для створення тканин поза ембріоном – плаценти та жовткового мішка.
Посилання на джерело:
