Эмбрионы мышей в пробирке довели до стадии образования органов

 Исследователи показали возможность наблюдения за формированием и развитием тканей и органов в режиме реального времени. Ученые надеются, что их технология приоткроет завесу тайны, скрывающую процесс органогенеза у млекопитающих. Работа опубликована в Nature.

Биологи давно стремятся понять, как развиваются ткани и органы в эмбрионах. У млекопитающих этот процесс скрыт за стенками матки, за ним трудно подсмотреть и почти невозможно вмешаться. Поэтому о том, что происходит между ранней гаструляцией, когда в однородном зародыше начинают формироваться внешний и внутренний слои, и началом образования органов, ученым остается только догадываться.

Первые способы выращивания зародышей ex utero (вне матки) были предложены еще в тридцатые годы прошлого века, и платформы затем неоднократно совершенствовались. Однако ключевые проблемы оставались: выживаемость эмбрионов была сильно ограничена по времени, а отклонения от нормального процесса развития наблюдались уже через сутки после начала культивации.

Биологи из Института имени Вейцмана из группы Якоба Ханны (Jacob Hanna) разработали способы выращивать ex utero мышиные эмбрионы на двух разных этапах — в период гаструляции и от поздней гаструляции до начала формирования конечностей, а затем успешно объединили два подхода в один непрерывный процесс культивирования.

Сначала исследователи научились выращивать во вращающемся барабане эмбрионы с седьмого дня развития по одиннадцатый (всего беременность у мышей длится двадцать дней). Для этого ученые улучшили составы питательных сред и разработали систему подачи газовой смеси и контроля давления, учитывая, что давление влияет на развитие клеток в эмбрионе. Благодаря улучшенному протоколу, около 77 процентов эмбрионов развивались нормально на протяжении четырех дней. После этого сконструированная система уже, по-видимому, не справлялась с подачей питательных веществ и кислорода в выросшие эмбрионы.

Далее исследователи проверили, смогут ли они успешно провести эмбрионы через стадию гаструляции (с пятого-шестого по восьмой день развития). Немного изменив принятые условия культивации, группе ученых удалось добиться высокой эффективности развития эмбрионов: 97 процентов из них не отличались от эмбрионов, выращенных природным способом до такой же стадии.

Затем биологи соединили два этапа: статичную культивацию (этап гаструляции, 6-8 дни) и культивацию во вращающемся инкубаторе (от гаструляции и до органогенеза, 8-11 дни). Ученым удалось успешно провести через весь процесс 55 процентов эмбрионов, у которых в конце начали формироваться нижние конечности. За это время эмбрионы внушительно вырастали: с 200 микрометров до 5,4 миллиметров. Транскрипция генов в клетках эмбрионов, которые выращивали ex utero, не отличалась от тех, которые росли в матках, а значит процесс формирования органов шел по плану.

Схема культивирования эмбрионов: выращивание в неподвижных чашках во время гаструляции, затем культивирование в подвижном барабане после гаструляции.
Кроме того, авторам работы удалось вмешаться в развитие зародышей. Например, внести гены флуоресцентных белков на разных этапах развития, окрашивая таким образом нервную ткань и наблюдая за ее ростом. Также исследователи вводили в эмбрионы плюрипотентные стволовые клетки, создавая химерные зародыши.

Исследователям удалось даже создать химеры с человеческими клетками-предшественниками микроглий, которые важны для нормального формирования мозга. Наблюдение за подобными «смешанными» эмбрионами в пробирке может помочь ученым исследовать механизмы развития тканей и органов на ранних стадиях внутриутробного развития и возможные причины патологий.

До технологий полноценного внеутробного развития эмбрионов все еще далеко, однако недавно ученым удалось собрать in vitro что-то похоже на настоящее бластоцисты — эмбрионы в стадии развития, предшествующей гаструляции. Получившиеся конструкции исследователи назвали бластоидами. 

Автор: Вера Сысоева, оригинал статьи.