Человеческие яйцеклетки впервые вырастили в пробирке «с нуля»
Ученым впервые удалось вырастить человеческие яйцеклетки в лабораторных условиях, начав с максимально ранней стадии их развития. Незрелые клетки однослойных (примордиальных) яичниковых фолликул были успешно доведены до стадии зрелых яйцеклеток, то есть ооцитов метафазы второго мейотического деления. Работа опубликована в журнале Molecular Human Reproduction.
В развивающемся женском организме, до того, как он родился, нет зрелых яйцеклеток, а есть только оогонии, то есть незрелые яйцеклетки с двойным набором хромосом. Примордиальные фолликулы, в которых они расположены, имеют размер около 50 микрометров и неразличимы невооруженным взглядом. После того, как оогонии проходят первое мейотическое деление, они развиваются в ооциты первого порядка, заключенные в зародышевые фолликулы (это происходит еще до рождения женщины). После полового созревания такие ооциты смогут развиваться в зрелые половые клетки, для чего будут проходить второе мейотическое деление, «замирая» на метафазе (деление завершается только при попадании в яйцеклетку сперматозоида). Обычно в каждый менструальный цикл созревает одна яйцеклетка.
Ранее подобные эксперименты проводили с мышиными яйцеклетками, которые выращивали в лаборатории, успешно оплодотворяли их и получали с помощью них живое потомство. Работа с человеческим материалом по ряду причин, в первую очередь этического и юридического характера, оказалась значительно сложнее. В этой области, однако, проводится множество экспериментов, поскольку бесплодие - весьма распространенная проблема. По оценкам ВОЗ, бесплодны около 5 процентов популяции — по анатомическим, генетическим, эндокринным и иммунологическим причинам. Стоит, кроме того, отметить, что по законам некоторых стран (в том числе Великобритании) использовать искусственно выращенные половые клетки для лечения бесплодия пока что запрещено.
Ученые уже пытались, например, выращивать человеческие половые клетки из стволовых, но до стадии зрелых яйцеклеток и сперматозоидов их пока что довести не удавалось, хотя получали даже гаплоидные варианты клеток. Кроме того, успешно проводились и публиковались эксперименты, в которых зрелые человеческие яйцеклетки удавалось вырастить в лаборатории из ооцитов, уже прошедших первые фазы созревания внутри женского организма и достигших стадий вторичных фолликул. В новой работе выращивание яйцеклеток в пробирке начинали с максимально ранней стадии.
Работа была проведена под руководством профессора Эвелин Телфер из Эдинбургского университета, которая поставила перед собой задачу вырастить яйцеклетки в пробирке «с нуля» еще в 1993 году, и поэтапно шла к ее выполнению. Для данного эксперимента был взят материал биопсии десяти согласившихся на участие в проекте женщин. Клетки их примордиальных яичниковых фолликул поместили в составе тонких срезов в питательную среду для стимуляции роста. Спустя восемь дней 87 вторичных (многослойных) фолликул отделили от исходных срезов и продолжили культивировать те из них, что достигли размера 100-150 микрометров, в среде со стимулирующим рекомбинантным активином А. Спустя еще восемь дней из них отобрали 48 успешно сформировавшихся ооцитарных комплекса и культивировали на мембранах еще четыре дня в присутствии активина А и фолликулостимулирующего гормона. После этого комплексы размером более 100 микрометров фиксировали для дальнейшего анализа.
В конце эксперимента были получены 32 полностью созревшие яйцеклетки, обладающие правильным набором непарных хромосом. У девяти из них возникли полярные тельца, свидетельствующие о прохождении деления ооцита. Конфокальный иммуногистохимический анализ показал также в них наличие веретен деления метафазы второго мейотического деления, что указывает на зрелость яйцеклеток.
Весь процесс занял три недели. Выращенные яйцеклетки, по словам ученых, по-видимому, полностью готовы к оплодотворению, но этот следующий шаг эксперимента потребует получения специальных разрешений.
Данная методика, помимо возможности в больших деталях изучать процесс развития яйцеклеток, может стать важным шагом для лечения бесплодия, в том числе для женщин и даже девочек, подвергающихся химиотерапии или лучевой терапии. Ученые надеются, что в будущем можно будет замораживать незрелые яйцеклетки перед началом лечения, чтобы потом заставлять их созревать в лабораторных условиях и использовать для успешного оплодотворения.
А о том, как некоторые эмбрионы растут вообще без яйцеклеток, вы можете прочитать здесь.
Анна Казнадзей
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.