Ученые вырастили еще одну партию искусственных мышиных эмбрионов
Эмбриологи снова вырастили зародышей мыши вне организма матери. Недавно группа израильских ученых уже провела похожий эксперимент и дорастила мышат до восьмого дня развития. Теперь британцы получили примерно такой же результат — и заодно проверили, что израильская система культивирования зародышей ex utero работает. Искусственные мышата вышли во многом похожие на настоящих, у них даже бьется аналог сердца — хотя он, как и некоторые другие органы, получился недоразвитым. Неотредактированная версия статьи предварительно опубликована на сайте журнала Nature.
В 2021 году биологи из Института имени Вейцмана в Израиле вырастили эмбрионы мыши в искусственной матке. Точнее, матку ученые заменили на вращающийся сосуд, в который подавали кислород и питательную жидкость. А сами эмбрионы вырезали из матки реальных мышей через несколько дней после оплодотворения — то есть их развитие не было полностью автономным.
Чтобы сделать производство мышей на 100 процентов «лабораторным», осталось научиться доращивать эмбрионы до «рождения», а еще создавать их с нуля, не прибегая к помощи сперматозоидов, яйцеклеток и материнского организма. Но это пока ученые умеют не очень хорошо (мы рассказывали о таких экспериментах в тексте «Здравствуй, гхола»).
Проблема возникает не с самими тканями зародыша, а с тем, что находится вокруг них. В первые дни развития, прямо перед имплантацией, в эмбрионе появляется внезародышевая ткань — она будет отвечать за связь с организмом матери, образовывать зародышевые оболочки и направлять развитие самого зародыша. И вот эту самую первую ткань (трофобласт) оказалось довольно непросто получить.
Недавно та же самая израильская группа ученых решила эту проблему так: они взяли культуру эмбриональных клеток, разделили на три части и две из них превратили в два типа внезародышевых клеток. А потом собрали все три типа клеток в синтетический эмбрион и с помощью своей методики дорастили его до восьмого дня развития. Дальше эмбрионы развиваться не смогли, и ученым еще предстоит выяснить, что с ними произошло.
Теперь израильтяне объединили усилия с группой британских эмбриологов из Кембриджского университета под руководством Магдалены Зерницки-Гётц (Magdalena Zernicka-Goetz), которая уже несколько лет работает над созданием искусственных эмбрионов. Ее методика в целом похожа на израильскую: в этом случае эмбрион тоже собрали из трех клеточных типов. И эти типы были те же самые: эмбриональные клетки (из которых получаются собственные ткани зародыша), трофобласт (основная внезародышевая ткань) плюс внезародышевая эндодерма (еще одна внезародышевая ткань, которую можно получить, запустив в эмбриональных стволовых клетках ген Gata4).
Ученые поместили все эти клетки в одну чашку, где те сформировали эмбрион. К пятому дню синтетические зародыши вовсю проходили гаструляцию (о том, чем примечателен этот этап развития, мы писали в тексте «14 дней спустя»). После этого ученые дальше воспользовались системой выращивания эмбрионов вне матки, которую им предоставили израильские коллеги, чтобы дать зародышам возможность развиться дальше. Еще пару дней эмбрионы провели в статичной культуре, а после 7 дня развития их перенесли во вращающийся сосуд, где они дожили до стадии, аналогичной 8,5 дня развития обычной мыши.
На этой стадии исследователи разглядели в искусственных эмбрионах все, что тем положено было себе отрастить: длинное тело с нервными складками (будущим мозгом) на голове и хвостом с другой стороны, внутри билось будущее сердце, а снаружи зародыши были укутаны в оболочки (аллантоис и желточный мешок). Дальше авторы эксперимента взялись проверять, насколько искусственные эмбрионы получились похожими на настоящие по разным признакам.
Разобрав зародыши на отдельные клетки, ученые отсеквенировали их РНК, чтобы определить, к каким типам они относятся. Всего в обычном эмбрионе они нашли 26 клеточных типов, и все они встречались и у искусственного. Они также проверили неудачные искусственные эмбрионы — те, что остановились в развитии на шестой или восьмой день. Но существенных различий в наборе клеточных типов со «здоровыми» эмбрионами не заметили. И заключили, что то ли дело в недостаточной чувствительности метода, то ли в морфологических аномалиях, которые тормозят развитие, несмотря на корректную работу генов.
Нервная система у обычных и искусственных эмбрионов развивалась похоже — хотя у последних хуже экспрессировался ген Otx2, который отвечает за разметку мозга.
Внутри туловища нашлись сомиты — сегменты, из которых развиваются скелет и мышцы. На месте были и клетки, из которых должно было образоваться сердце. Они даже сформировали бьющийся мешочек, но по размерам и структуре он выглядел явно недоразвитым.
Еще глубже внутри тела ученые обнаружили зачатки кишечника — но у искусственных зародышей он был тоже развит хуже, чем у обычных.
Когда исследователи делили эмбрион на клеточные типы, они поначалу не могли найти предшественников половых клеток. А вот при окрашивании срезов на характерные маркеры эти предшественники нашлись, там, где и положено. Судя по всему, их было просто слишком мало, чтобы заметить их при массовом секвенировании.
Наконец, нашлись и различия в зародышевых оболочках: хотя желточный мешок был на месте, клетки хориона (самой внешней из оболочек) получились не похожими на таковые у обычных эмбрионов. Здесь, возможно, сказалось отсутствие стенки матки, с которой хорион обычно взаимодействует.
Таким образом, Зерницка-Гётц и ее коллеги дополнительно проверили метод выращивания зародышей ex utero и подтвердили, что он работает, а эмбрионы получаются похожими на настоящие. В заключение к статье они замечают, что нет оснований считать, что эмбрионы не получится выращивать еще дольше — просто придется дорабатывать условия культивирования.
Руководитель израильской группы Якоб Ханна заявил, что дальше планирует экспериментировать с искусственными зародышами человека. Из-за этических и законодательных ограничений, с ними прогресс пока ушел не так далеко: например, мы рассказывали, как синтетический эмбрион человека заставили импланироваться в пробирке.
Полина Лосева
