Эмбрионы мышей, выращенные «в пробирках», образуют органы и конечности
Эмбриологам удалось вырастить эмбрионы мыши вне матки в течение более длительного срока, чем когда-либо прежде, что дает беспрецедентное представление о формировании органов и конечностей млекопитающих — процесса, ранее скрытого внутри тела матери. По сообщениям исследователей из Израиля, новая система, состоящая из герметичных контейнеров, находящихся в специальном устройстве вращения и наполненных питательными веществами, поддерживала жизнь эмбрионов мышей с 5-го по 11-й день развития (что является примерно половиной 20-дневного срока беременности этих животных). К этому времени у зародышей сформировались задние конечности и все их основные органы.
Эмбриолог Александр Мейснер из Института молекулярной генетики Макса Планка (ученый не принимал непосредственного участия в данном исследовании) заявляет, что результаты впечатляющи. Факт того, что удалось вырастить эти эмбрионы и сохранять их жизнедеятельность в течение такого длительного времени, просто удивителен.
На разработку новой методики у эмбриолога из Научного института Вейцмана Якоба Ханны с соавт. ушло более семи лет проб и ошибок. Ранее ученым удавалось выращивать эмбрионы мышей в лабораторных условиях в течение первых 3–4 дней развития. При естественной беременности у мышей, когда эмбрион имплантируется в стенку матки, начинает формироваться плацента, а клетки эмбриона начинают дифференцироваться в более специфические типы стволовых клеток, из которых сформируются разные ткани. После этого онтогенетического события выращивать зародышей мыши вне матки дольше 1–2 дней было очень трудно.
Однако, как сообщают Ханна с соавт. в своей статье в «Nature», благодаря новой системе этот срок достиг значения почти в неделю. Помимо питательных веществ, в которых содержались эмбрионы, система вращающихся стеклянных контейнеров обеспечивала крошечные эмбрионы достаточным количеством кислорода и создавала необходимый уровень атмосферного давления. По словам Ханны, самой сложной задачей было поддерживать давление воздуха и насыщение кислородом на нужном уровне. Ученый со смехом добавляет, что им удалось научиться контролировать дыхательную систему зародышей.
Рисунок 1 | Мышиный эмбрион, растущий в стеклянном контейнере, являющемся частью вращающейся системы
Экспериментальный процесс включал два этапа. Все начиналось с выращивания на культуральных планшетах эмбрионов, достигших возраста 5–7 дней и извлеченных из беременной мыши непосредственно перед фазой имплантации. На этом этапе онтогенеза эмбрионы входят фазу т. н. гаструляции, в ходе которой происходит превращение полого клеточного шарика в многослойную структуру со специфическими клетками — родоначальниками различных тканей. Затем исследователи перенесли эмбрионы во вращающиеся сосуды, где искусственная система поддерживала их существование в течение еще четырех дней.
Ученые также ввели в определенные клетки эмбрионов мыши генетические метки, дабы проследить судьбу этих клеток по мере развития. Наконец, ученым также удалось проследить, как в состав развивающегося мозга мыши включались отдельные виды нервных клеток человека, добавленные к эмбрионам. Оба метода дадут возможность лучше понять, как происходит нормальное эмбриональное развитие и каким образом допускаются ошибки в онтогенезе.
По словам Магдалены Зерницкой-Гетц, эмбриолога из Калифорнийского технологического института, этот метод открывает новые возможности для детального изучения многих аспектов эмбрионального развития. Ей с коллегами также удалось разработать способы выращивания мышиных эмбрионов во время гаструляции, однако система Ханны способствует развитию данного метода в большей перспективе. По словам Зерницкой-Гетц, это внесет большой вклад в эмбриологию, чем ученые, безусловно, воспользуются в будущем.
Ханна заявляет, что следующим шагом будет попытка выращивания мышиных эмбрионов, созданных путем экстракорпорального оплодотворения, а не путем оплодотворения и гестации in vivo. По словам ученого, это объединит все, чтобы появилась возможность дойти с нулевого дня к 11-му.
Однако Мейснер полагает, что эта методика не может быть приемлемой для более отдаленных сроков эмбриологического развития. Как заявляет ученый, существует естественный предел того, насколько эмбрионы могут вырасти без естественного кровоснабжения питательными веществами. Проблема состоит в том, как перейти из плоскости эксперимента in vitro к естественным родам ex utero. Но новая методика позволит найти ответы на ряд новых вопросов, стоящих перед современной эмбриологией. Теперь наука располагает куда более мощными технологиями.
Это новое открытие было сделано практически одновременно с разработками иными исследователями систем для выращивания и культивирования зародышевых клеток человека в структуры, напоминающие человеческие эмбрионы на ранних стадиях развития (шарики из недифференцированных клеток, называемые бластоцистами). Об этом достижении уже рассказано двумя группами ученых в статье в «Nature».
По словам Ханны, ему еще не доводилось применять метод вращающегося контейнера для выращивания человеческих эмбрионов, так как это противоречит руководству Международного общества исследований стволовых клеток, согласно которому не рекомендовано культивирование человеческих эмбрионов сроком более 14 дней, т. е. во время фазы гаструляции. Однако эти принципы подлежат пересмотру, а обновленные рекомендации ожидаются уже в мае. Как говорит ученый, с научной точки зрения, конечно же, проведение таких экспериментов с человеческими эмбрионами очень важно, потому что эмбриология располагает относительно малым количеством информации об этих стадиях онтогенеза человека. По его словам, если будет получено одобрение со стороны комитетов по биоэтике, то согласно израильскому законодательству, такие эксперименты не запрещены.
