У крошечного эмбриона мыши бьётся сердце. Его мышцы, кровеносные сосуды, кишечник и нервная система начинают развиваться. Но этот эмбрион необычен: он создан в лаборатории из эмбриональных стволовых клеток и представляет собой самую сложную модель млекопитающего, когда-либо выращенную in vitro.
Эта новая модель, разработанная в Медицинской школе Университета Вирджинии (Virginia School of Medicine) Кристиной и Бернардом Тиссе (Christine and Bernard Thisse), — важный шаг вперёд в попытках учёных имитировать естественное развитие млекопитающего с помощью стволовых клеток. Модель поможет понять развитие млекопитающих, бороться с болезнями, создавать новые лекарства и, в конечном итоге, выращивать ткани и органы для людей, нуждающихся в трансплантации. Работа опубликована в Nature Communications.
Стволовые клетки — это особые клетки, способные превращаться в другие типы клеток с определёнными функциями. Например, стволовые клетки превращаются в сердце, мозг, кости и нервы у эмбрионов на ранних стадиях развития. Учёные стремятся изучить потенциал этих клеток, чтобы использовать их для продвижения медицинских исследований и на благо пациентов. Но создание сложных моделей с несколькими типами клеток оказалось невероятно тяжёлой задачей.
Новая модель сложнее всех предшествующих. Это первая in vitro модель эмбриона млекопитающего с таким количеством тканей, построенная полностью из стволовых клеток, сообщают исследователи. Самое главное, что её структуры организованы так, как должны быть организованы, — вокруг нотохорда (предшественника позвоночного столба), что является определяющим признаком позвоночных животных. В новой модели различные типы клеток элегантно и правильно переплетаются друг с другом, и это огромное достижение.
Чтобы добиться этого, Тиссе и их сотрудникам пришлось преодолеть некоторые из самых серьёзных проблем в области науки о стволовых клеток. Предыдущие модели не смогли развиться должным образом: они либо были неправильно организованы, либо страдали от других проблем. Используя опыт в области биологии развития и опираясь на свою предыдущую работу с использованием клеток эмбрионов рыб, учёные решили эти проблемы. Результат — зарождение в лабораторной чашке эмбриона мыши с правильно организованными клетками и тканями. У созданной модели присутствует и определяется нотохорд, начинает развиваться пищеварительный тракт, бьётся сердце, и впервые in vitro развивается нервная система с формированием нервной трубки.
— Эта модель мыши in vitro показывает, что мы способны побудить клетки к выполнению сложных программ развития в правильной последовательности. Наличие всего многообразия созданных тканей позволяет нам надеяться, что научное сообщество сможет создавать органы с правильной системой кровеносных сосудов и нервов и верным взаимодействием с другими тканями. Это необходимо для того, чтобы в один прекрасный день научиться производить функциональные человеческие органы в лаборатории. Таким образом можно решить проблему нехватки органов для трансплантации,
Новая модель ещё не является полноценной мышью и не может развиться в неё. Ключевые части всё ещё отсутствуют, например, передняя часть мозга. Пока что развитие эмбриоиодов останавливается в состоянии, в котором нормальные эмбрионы находятся примерно в середине настоящей беременности мыши. Главное достижение исследователей — в разработке эффективного подхода к созданию сложных, эмбрионоподобных структур, имитирующих развитие эмбриона мыши. Это открывает учёным всё больше возможностей работы со стволовыми клетками.
