Одна из самых удивительных загадок биологии, которую охраняет сама природа — процессы во время развития эмбриона. Они скрыты от посторонних глаз, так как происходят в теле матери. Однако теперь израильские ученые института Вейцмана, похоже, нашли способ как изучить механизмы развития плода более детально. Для этого они создали искусственные эмбрионы мышей.

Самое необычное в этом всем, что зародыши были созданы из стволовых клеток, то есть без сперматозоидов, яйцеклетки и оплодотворения. Но и это еще не все — искусственные эмбрионы показали способность жить достаточно длительное время и развивать анатомию, которая полностью соответствует естественной. Ничего подобного ранее добиться ученым не удавалось.

Ученые создали искусственный эмбрион без яйцеклетки, сперматозоида и оплодотворения

В чем сложность создания искусственных эмбрионов

Ранее ученые смогли вырастить искусственный эмбрион человека и обезьяны. Однако он был получен путем редактирования генов эмбриона обезьяны. То есть это не было создания эмбриона с нуля. Кроме того, ученые выращивали отдельные органоиды и наблюдали за их развитием. В частности, благодаря этому удалось узнать, что кишечник влияет на развитие сердца.

Однако создать полноценный искусственный эмбрион из стволовых клеток, который бы полноценно и правильно развивался, не получалось. В какой-то момент их развитие останавливалось — клетки начинали специализироваться, но система органов не формировалась. При этом эмбрионы жили не более нескольких дней. Теперь же эту “стену” ученым удалось преодолеть.

“Правильные клетки стали возникать в нужное время” — говорит биолог, сотрудник Медицинского центра Лейденского университета, Нильс Гейсен.

Благодаря данному достижению израильские ученые смогут не только изучить процессы, которые происходят во время развития эмбриона, но и понять почему возникают врожденные дефекты. Более того, руководитель исследования, биолог стволовых клеток, профессор Джейкоб Ханна, надеется в будущем создать эмбрион из человеческих стволовых клеток.

Автор работы, профессор Джейкоб Ханна

Как ученые создали искусственные эмбрионы

В прошлом году Джейкоб Ханна со своими коллегами разработал технологию выращивания эмбрионов мышей. Она позволила жить плодам вне тела матери рекордные 11 дней. Для понимания, это более половины срока беременности мышей. Добиться такого результата помогла механическая матка.

Устройство напоминает колесо с бутылочками по кругу. Эмбрионы вращаются внутри бутылок, заполненных питательной жидкостью и факторами роста. Установка не только обеспечивает оптимальные условия для развития зародышей, но и позволяет с высокой точностью отслеживать уровень кислорода, а также другие жизненно важные показатели.

Ранее команда выращивала эмбрионы, полученные путем оплодотворения яйцеклетки мышей. На этот раз задача состояла в том, чтобы получить эмбрионы из эмбриональных стволовых клеток. Для этого ученые смешали их с генетически измененными стволовыми клетками, которые должны были развиться в плаценту или желточный мешок. То есть генетически измененные клетки должны были измениться в ткани вне плода для поддержания его роста. Однако некоторые стволовые клетки не были смешаны с генетически измененными клетками.

Механическая матка для выращивания эмбрионов

Большинство стволовых клеток не смогли сформировать эмбрионоподобные структуры, однако около 0,5% клеток все же объединились в небольшие шарики. После этого, на на пятый день, скопления клеток ученые перенесли из культуральных чашек в механическую матку, где они продолжили развиваться.

К восьмому дню “эмбриоиды” стали напоминать 8,5-дневные естественные эмбрионы. У них начали появляться отдельные ткани и органы. Как отмечают авторы работы, зародыши обладали бьющимся сердцем, хвостовыми концами, а также сегментами, которые впоследствии превращаются в скелетные мышцы. Более того, ученые обнаружили развивающийся головной и спинной мозг, а также зачатки других органов.

В целом искусственные эмбрионы были практически идентичны естественным. Исследователи измерили генную активность в более чем 40 000 эмбриоидных клеток. Оказалось, что все ожидаемые типы клеток находились в правильных местах и возникали в нужное время. Схожесть с естественными эмбрионами составляла 95%.

Сравнение искусственных и естественных эмбрионов

Можно ли создать из искусственных эмбрионов животных и людей?

Как говорят сами авторы работы, искусственный эмбрион не мог развиться в полноценное животное. По неизвестным причинам зародыши перестали развиваться на восьмой день. Ученые продолжат исследование, и надеются преодолеть этот барьер. Но, в любом случае, уже удалось совершить серьезный прорыв в области выращивания искусственных эмбрионов.

По мнению исследователей, данная работа поможет сократить количество экспериментов на животных. Кроме того, эти наработки помогут проложить путь к источникам клеток и тканей для трансплантации. К примеру, клетки костного мозга могут быть использованы для лечения больных лейкемией. Таким образом изначально не стоит задача создавать искусственных животных или людей из искусственных эмбрионов.

источник