Искусственные эмбрионы мыши развились до восьмого дня вне матки

Израильские ученые создали мышиные эмбрионы из стволовых клеток и дорастили их до восьмого дня развития — на этой стадии у них появляется план тела, симметрия и начинает сокращаться сердце. Дальше они расти перестали, и на следующий день уже появились аномалии развития. Все это время зародыши просуществовали вне матки, ее заменили сначала статичной плашкой, а потом вращающимся барабаном. Дальше исследователи планируют опробовать эту методику на человеке, и если она сработает — использовать искусственные эмбрионы как источник органов и клеток для трансплантации. Работа опубликована в журнале Cell, а рассказ о новых планах — в издании MIT Technology Reviews.

Весной 2021 года биологи из Института имени Вейцмана под руководством Якоба Ханны (Jacob Hanna) отчитались о своем опыте использования «искусственной матки» для выращивания мышиных зародышей. Ученые, правда, не пытались воссоздать саму матку как структуру, их интересовало только то, можно ли воспроизвести условия, в которых развиваются эмбрионы. Поэтому вместо матки они использовали сначала плашку с отсеками, заполненными жидкостью, а затем пробирки с жидкостью во вращающемся барабане.

Это не был первый в истории опыт с выращиванием эмбрионов вне матери, но он оказался самым удачным — мышиные зародыши доросли до 11 дней, у них начали формироваться внутренние органы и конечности. Правда, их развитие не было полностью автономным: первые шесть дней эмбрионы проводили в организме матери, и только потом их удаляли из матки и переводили в культуру ex utero.

Теперь группа Ханны показала результаты своего следующего эксперимента. Биологи продолжили работать с мышами, но на этот раз попробовали совсем обойтись без матери, и даже без сперматозоида с яйцеклеткой.

Первая задача, которую нужно было решить ученым — собрать сам эмбрион. Поскольку они не хотели использовать яйцеклетки, под рукой у них были только эмбриональные стволовые клетки — культура, которая похожа на часть клеток раннего зародыша, но из которой не развиваются внезародышевые ткани. Поэтому исследователи разделили эту культуру на три группы. Одну обработали сигнальными веществами, чтобы та превратилась в трофэктодерму (один из внезародышевых слоев), другую превратили в висцеральную энтодерму (еще одна внезародышевая ткань), а третью оставили неизменной. Потом все три типа клеток собрали вместе и получилась структура, похожая на зародышевый цилиндр — этой стадии развития мышиный эмбрион обычно достигает на четвертый день.

На пятый день эмбрионы перевели во вращающийся барабан — тот самый, в котором раньше Ханна и его коллеги выращивали настоящие мышиные зародыши. Там эмбрионы продолжили развиваться: у них появились необходимые очертания, продольная ось симметрии, выросли новые зародышевые оболочки (желточный мешок и аллантоис), появились предшественники нервной системы и кишечника, начали сокращаться мышцы в развивающемся сердце. Но к девятому дню у них появились аномалии: сердце слишком сильно разрослось, и развитие остановилось.

Исследователи проверили, что искусственные зародыши похожи на настоящие и по уровню экспрессии генов. Они обнаружили в них характерные маркеры внезародышевых тканей, разных слоев будущего зародыша и даже предшественников половых клеток.

В заключение к своей статье Ханна и коллеги сообщили, что дальше планируют повторить методику, но уже с искусственными зародышами человека. Но не для того, чтобы научиться выращивать полноценных людей in vitro. Синтетические эмбрионы, отмечают исследователи, все-таки нельзя считать идентичными натуральным — экспрессия генов и характерных маркеров в их тканях, хоть и довольно близки, но все же не полностью совпадают. Тем не менее, по мнению авторов работы, это поможет смоделировать человеческий эмбриогенез в пробирке и разобраться с тем, как развиваются отдельные системы органов и откуда в них появляются патологии.

Однако в интервью MIT Technology Reviews Ханна рассказал о более смелых планах. Он рассчитывает, что выращенные ex utero синтетические эмбрионы человека можно будет использовать как источник стволовых клеток или даже запасных тканей и органов — далеко не всё сегодня можно вырастить в пробирке. «Мы рассматриваем эмбрион как лучший 3D биопринтер,» — заявил Ханна. Для этих исследований он уже основал вместе со своими сотрудниками новый стартап, Renewal Bio.

Подробной информации о планирующихся экспериментах (за исключением того, что донором клеток для первой пробы станет сам Ханна) стартап пока не раскрывает. Но уже ясно, что до полноценно работающего «принтера» еще далеко. Одной из проблем на пути ученых станет низкая эффективность процедуры. По крайней мере, в случае с мышами до восьмого дня дожили без аномалий всего два процента от зародышевых цилиндров, которых пересадили во вращающуюся культуру. Это 0,1–0,5 процента от всех клеточных агрегатов, которые ученые собрали на начальном этапе работы.

Кроме того, могут возникнуть трудности с получением этического одобрения на эксперименты. Во многих странах запрещено выращивать эмбрионы человека дольше 14 дней развития или использовать отдельные их части в терапевтических целях. Но чтобы создать «принтер», зародыши предстоит дорастить до стадии, аналогичной 40–50 дням беременности. В Израиле, впрочем, законодательство не такое строгое: запрещено только клонирование, остальные ограничения носят рекомендательный характер.

О том, откуда взялся порог в 14 дней, мы рассказывали в тексте «14 дней спустя». А позже мы рассказывали о том, почему этот порог все-таки отменили.

Полина Лосева