У биологов не получилась мышь с крысиным сердцем и сосудами

Испанские исследователи отработали методику создания химерных мышей, у которых сердечная мышца и стенки сосудов построены из клеток другой особи. Эта технология сработала для химеры из двух мышей, на свет появились живые и здоровые детеныши. Но воспроизвести ее для химеры мышь-крыса не удалось. Возможно, проблема в том, что развитие сосудов у мыши и крысы отличается на молекулярном уровне. Работа опубликована в журнале Developmental Cell.

Чтобы решить проблему с нехваткой донорских органов, можно научиться их выращивать внутри других животных. Технология давно известна — она называется комплементация бластоцисты или эмбриона. Нужно взять животное, удалить из его половых клеток или зиготы ген, ответственный за работу какого-нибудь органа, вырастить эмбрион (например, до стадии бластоцисты) — и подсадить в него эмбриональные стволовые клетки другого вида (например, человека). Если в результате получится жизнеспособный организм с нужным органом, то этот орган точно будет человеческим.

Но с этой технологией пока немало сложностей (о них мы подробно писали в материале «О свиньях и людях»). В том числе такая: допустим, мы научились выращивать в организме животного какую-нибудь человеческую ткань, например мышцу. Но кроме собственно мышечных клеток в ней есть и другие типы, в том числе соединительно-тканные, например эндотелий (выстилка сосудистых стенок). Они тоже могут вызвать иммунный ответ и отторжение после пересадки. Значит, нужно удалить из организма животного сразу несколько генов — чтобы требуемый орган полностью состоял из человеческих клеток.

Группа исследователей под руководством Шавьера Арангурена (Xabier Aranguren) из Университета Наварры попробовала решить эту задачу на примере сердца и вырастить химеру, у которой весь организм будет мышиным, а мышечные клетки сердца и стенки сосудов — крысиными. Исследователи пошли нестандартным путем: они не стали выключать гены, которые отвечают за развитие сердца и сосудов — в экспериментах их предшественников это получалось не очень успешно, — а заставили погибнуть мышиные клетки, в которых эти гены работают.

Сначала авторы работы создали зародышей, у которых в клетках, где работал ген Nkx2.5 — регулятор развития сердца, — начинался синтез дифтерийного токсина. Под действием токсина клетки погибали и сердце не развивалось. В некоторые из этих зародышей на стадии восьми клеток ввели эмбриональные стволовые клетки мыши с флуоресцентным маркером. Родились живые здоровые мышата с бьющимися сердцами: сердечная мышца в них была построена только из светящихся клеток, а эндотелий состоял из смеси «хозяйских» и «донорских» клеток.

Потом ту же процедуру повторили с другой линией мышей и геном Tie2 — он начинает работать на девятый день развития в предшественниках эндотелия и кроветворных клеток. Таким образом исследователи получили эмбрионы без эндотелия. Они не были жизнеспособны и погибли к пятнадцатому дню внутриутробного развития. И точно так же этот дефект развития компенсировали с помощью эмбриональных стволовых клеток: зародыши, которым досталась инъекция светящихся клеток, развивались нормально по меньшей мере до пятнадцатого дня.

Наконец, исследователи получили зародышей-двойных мутантов: у них токсин и клетки-предшественники сердечной мышцы, и будущий эндотелий. В такие эмбрионы на стадии восьми клеток ввели стволовые клетки мыши. Из 1024 экспериментальных эмбрионов получилось 11 живых мышат, у которых и сердечная мышца, и эндотелий были «донорскими», и еще 21 мышонок, у которого «донорским» было только сердце. А с крысиными стволовыми клетками так не сработало. У исследователей получилось всего 19 химерных эмбрионов без гена Nkx2.5 (точнее, без клеток, которые его экспрессируют) и с зачатком сердца крысы — но они перестали развиваться после десятого дня. И всего два химерных эмбриона без клеток с Nkx2.5 и Tie2 — но у них не сформировались ни сердце, ни сосуды.

Таким образом, авторы работы, с одной стороны, отработали методику двойной внутривидовой комплементации — и показали, что возможно вырастить мышь с сердцем и стенками сосудов от другой особи. Но, с другой стороны, наткнулись на барьер для межвидовой комплементации. Анализируя свою неудачу, они предположили, что эндотелий у мышей и крыс как-то отличается по своим сигнальным молекулам или набору клеточных контактов с окружающими тканями. Из-за этого крысиные сосуды могли не вырасти в организме мыши. И это же могло бы объяснить, почему мышиные эмбрионы с крысиным сердцем остановились в развитии: возможно, нарушенное взаимодействие между крысиными мышечными клетками и мышиными сосудами лишило растущее сердце кислорода.

Неудача с крысиным сердцем означает, что до других межвидовых химер биологи доберутся нескоро. В других экспериментах химеры мышь-крыса часто вырастают здоровыми, а вот с приматами технология пока совсем не отработана. Только недавно ученые впервые добились рождения химерной обезьяны — в ее теле были как обычные обезьяньи клетки, так и модифицированные, — но и она умерла вскоре после рождения.