Ученые Кембриджского университета впервые вырастили из стволовых клеток мышей эмбрионы, у которых сформировался мозг, бьющееся сердце и зачатки других органов тела. О результатах 10-летнего исследования сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.
В ходе эксперимента биологи работали с тремя типами стволовых клеток — эмбриональными стволовыми клетками (ESCs), клетками трофобласта (TSCs) и клетками iXEN. Ученые регулировали экспрессию определенных наборов генов, участвующих в эмбриогенезе, добившись самоорганизации клеток в структуры, проходившие последовательные стадии развития в течение 8,5 дня. У них появились сокращающиеся сердца, передняя и средняя часть мозга, а также желточный мешок.
Для успешного развития человеческого эмбриона необходимо правильное взаимодействие между тканями, которые станут эмбрионом, и тканями, которые соединят эмбрион с матерью. В первую неделю после оплодотворения развиваются три типа стволовых клеток: одни со временем становятся собственными тканями организма, а два других поддерживают развитие эмбриона. Одним из этих внеэмбриональных типов стволовых клеток является плацента, которая соединяет плод с матерью и обеспечивает кислородом и питательными веществами; а второй — желточный мешок, где растет эмбрион и откуда он получает питательные вещества.
Ученые объединили культуры всех трех типов стволовых клеток в правильной пропорции и подходящей питательной среде. Основным достижением своего исследования авторы называют формирование почти полноценного эмбрионального мозга, который нуждается в поддержке со стороны внеэмбриональных тканей. Ученые также отключали ключевой ген, отвечающий за развитие нервной трубки, которая является предшественницей нервной системы и глаз. В результате у синтетических эмбрионов развивались точно такие же дефекты, что и у животных с соответствующей мутацией. Это показывает, что выращенные эмбрионы аналогичны эмбрионам, полученным из оплодотворенных половых клеток.
Полученные эмбрионы являются подходящей платформой для изучения эмбриональных процессов in vitro (в пробирке). Исследователи надеются, что они помогут понять, почему некоторые эмбрионы, развивающиеся в лабораторных условиях при экстракорпоральном оплодотворении, выживают и продолжают развиваться до полноценного организма, а другие погибают. Известно, что высокий риск прерывания беременности приходится на то время, когда три типа стволовых клеток начинают посылать друг другу механические и химические сигналы, указывающие эмбриону, как правильно развиваться.
Поскольку в настоящее время британское законодательство позволяет исследовать человеческие эмбриона не позднее 14 дня после оплодотворения, ученые планируют вырастить синтетические эмбрионы из стволовых клеток человека, чтобы проводить эксперименты на более поздних стадиях развития. Это поможет проследить за ключевыми механизмами развития человеческих органов.