Ученые создали зародыш из клеток кожи и научились выращивать эмбрионы без матки

Сразу два коллектива ученых заявили, что создали модель человеческого эмбриона без яйцеклетки и сперматозоида, пишет Forbes.

Фото: Shutterstock

Имитацию бластоцисты — ранней стадии развития зародыша — вырастили из фибробластов, перепрограммированных клеток соединительной ткани. Это позволит обойти запрет на подобные опыты в большинстве стран. Разбираемся, насколько «настоящий» получился зародыш и какое будущее ждет эти открытия.

Зачатие без оплодотворения

Обычно эмбрионы в лабораторных условиях выращивают из донорских оплодотворенных яйцеклеток. В случае клонирования от сперматозоидов можно отказаться. Начиная с середины десятых годов стало понятно, что вырастить зародыши в пробирке можно без участия половых клеток вообще. Бластоциста состоит из трех типов клеток, из которых потом формируются ткани плода, плацента и желточный мешок. А получают все это из стволовых клеток.

Впервые создать «зародыш без родителей» удалось в 2017-м ученым из Кембриджского университета (Великобритания). Они взяли эмбриональные и экстраэмбриональные трофобластные стволовые клетки (из них образуется плацента) мыши и поместили их на трехмерный внеклеточный матрикс. Там они самоорганизовались в структуру, которая по строению напоминала обычный мышиный зародыш.

Однако на четвертый день эксперимента его развитие остановилось — не было доступа к питательным веществам, как в организме матери.

Беременность стволовыми клетками

На следующий год эксперимент повторили исследователи из Утрехтского университета (Нидерланды). Как и британские коллеги, они создали мышиный эмбрион из стволовых клеток двух типов — эмбриональных и трофобластных. Однако голландцы продвинулись дальше. У выращенной ими бластоцисты сформировались все типы клеток, необходимые для дальнейшего развития.

Более того, при имплантации в матку животного бластоциста вызывала беременность. Правда, авторы работы подчеркивали, что у них получился не совсем настоящий зародыш и потому самка не смогла бы его выносить и родить.

В 2019 году ученые из Института биологических исследований Солка (США) также инициировали беременность у мышей, пересадив им эмбрионы, полученные всего из одной соматической клетки. Ее взяли из организма взрослого животного, перепрограммировали и размножили — таким образом появилась культура зародышевых стволовых клеток.

Затем их перепрограммировали еще раз, превратив в так называемые улучшенные плюропотентные клетки, и обработали коктейлем из специальных сигнальных веществ — тех, которые при естественном эмбриональном развитии вызывают дифференцировку трофобласта (из него формируется плацента) и внутренней клеточной массы (из нее образуются ткани зародыша).

В результате в 15% случаев из них вырастали бластоиды — структуры, аналогичные бластоцистам по клеточному составу и экспрессии генов.

Когда полученные бластоиды переносили в матку мышей, то примерно семи процентам удавалось там прикрепиться. Как отмечали исследователи, в организме самок они развивались еще около недели, но существенно отставали от обычных зародышей, а затем замирали.

Имитация человека

Гипотетически подобный фокус должен был сработать и с человеческими клетками. Полученный таким образом эмбрион позволил бы обойти нынешние довольно суровые правила, напрямую запрещающие создавать зародыши человека в исследовательских целях. А без этого невозможно разобраться, что на самом деле происходит на ранних стадиях развития.

И вот 12 марта группа ученых из Калифорнийского технологического (США) и Кембриджского университетов сообщила, что они вырастили человеческие эмбрионы, используя только стволовые и соматические клетки взрослых людей. Фактически исследователи усовершенствовали методику, по которой в 2017-м создали первого в мире мышиного «зародыша без родителей». Однако их результаты появились только на сайте препринтов bioRxiv и пока не прошли процедуру рецензирования.

Две другие работы — биологов из США и Австралии — вышли одновременно 18 марта в Nature. И тем, и другим удалось вырастить из клеток соединительной ткани взрослого человека структуру, которая по свойствам, форме и размерам похожа на человеческую бластоцисту. Как и в экспериментах с мышами, ее назвали бластоидом.

Американцы сначала перепрограммировали клетки фибробластов в плюрипотентные стволовые. А затем поместили их в специальную трехмерную чашку для культивирования, где воздействовали на них сигнальными веществами. В результате сформировался эмбрион. Подобно настоящей человеческой бластоцисте, он содержал три типа клеток, из которых впоследствии должны сформироваться плацента, желточный мешок и ткани самого зародыша.

По теме: 28-летняя американка родила ребенка, зачатого 27 лет назад

Австралийцы пошли иным путем. Они перепрограммировали клетки взрослого человека таким образом, что несколько важных генов экспрессировались в них так же, как в трех типах клеток, содержащихся в бластоцисте. Затем поместили в трехмерную чашку, где обрабатывали коктейлем из сигнальных веществ. Через шесть-восемь дней они получили модель человеческого эмбриона.

В обоих экспериментах в бластоиды превращалось всего около 20% перепрограммированных клеток, что сравнимо с результатами опытов с мышами.

Кроме того, ученые сымитировали перенос получившихся зародышей в матку — по понятным причинам провести такую процедуру в реальности нельзя. Псевдоимплантация прошла успешно, однако уже на десятый-одиннадцатый день зародыши останавливались в развитии.

Как пояснил в разговоре с РИА Новости заведующий лабораторией генетики нарушений репродукции ФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н. П. Бочкова» Вячеслав Черных, в исследованиях речь идет о не вполне «настоящем» зародыше человека.

«Хотя в искусственно созданной бластоцисте есть необходимые элементы (наружный слой клеток, полость — бластоцель — и часть, напоминающая внутреннюю клеточную массу), отмечаются и некоторые эмбриологические недостатки. В частности, нарушения динамики и синхронности развития, морфологические различия строения структур эмбриона, генетические и эпигенетические несоответствия и прочее», — отметил он.

Не совсем человек

Вполне вероятно, что общество в целом будет относиться к исследованиям на таких моделях более терпимо, чем к опытам над настоящими эмбрионами, считают в редакционной статье Nature исследователи из Мичиганского университета (США). Пока главный этический вопрос, который стоит решить, — применимо ли к ним правило 14 дней.

Сегодня человеческие эмбрионы, полученные экспериментально, уничтожают через 14 дней после оплодотворения. В одних странах нарушение этой нормы карается законодательно, в других — опыты с подобными зародышами отклоняют этические комитеты и лишают финансирования.

«Поскольку подобное «клеточное создание» получено искусственно, то не вполне запрещено его выращивать. Однако переносить его в полость матки женщины точно нельзя и это должно быть запрещено! Возможно, их имеет смысл делать для фундаментальных исследований механизмов развития человека на ранних стадиях после оплодотворения яйцеклетки. Тем более, если не будет запрета, что подобные эмбрионоиды могут быть культивированы больше 14 дней», — пояснил Вячеслав Черных.

Если же в отношении бластоидов запрет отменят, то ученым, вероятно, удастся разобраться не только с причинами выкидышей и неудачами при ЭКО, но и выяснить механизмы целого ряда наследственных патологий — в том числе сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых типов диабета.

Ученые вырастили эмбрион вне матки

Профессор Якоб Ханна из Института науки Вейцмана и его группа смогли вырастить эмбрион мыши вне матки. Они разработали метод, который позволяет отслеживать развитие эмбриона, а также понять, как работают гены и выявлять врожденные дефекты и ​​пороки развития, пишет Habr.

Ханна объясняет, что информация об эмбриональном развитии млекопитающих получена либо из наблюдений за этим процессом у лягушек и рыб, либо из статических изображений рассеченных эмбрионов мыши.

По словам ученого, идея выращивания эмбрионов вне матки существует еще до 1930-х годов, но более ранние эксперименты имели ограниченный успех. Команда Ханны решила возобновить эти усилия.

За семь лет исследователи разработали двухэтапный процесс и смогли вырастить нормально развивающиеся мышиные эмбрионы вне матки в течение шести дней. Это примерно треть срока их вынашивания, который составляет 20 дней. К этому моменту у эмбрионов уже формируется тело и органы.

На первом этапе, который длился около двух дней, исследователи работали с эмбрионами в возрасте нескольких дней — сразу после того, как они должны были быть имплантированы в матку. На этом этапе эмбрионы представляли собой шарики, состоящие из 250 одинаковых стволовых клеток. Их поместили на специальную питательную среду, и шарики закрепились внутри лабораторной посуды. После этого эмбрионы удваиваются и утраиваются в размерах, формируются три слоя: внутренний, средний и внешний.

По прошествии двух дней, когда эмбрионы вступили в следующую стадию развития — формирование органов из каждого из слоев — им потребовались дополнительные условия. Ученые поместили их в питательный раствор в крошечные мензурки, установив те на ролики, которые позволяли раствору непрерывно перемешиваться. Таким образом, эмбрионы могли расти без притока материнской крови к плаценте.

Команда сравнила полученные образцы с эмбрионами, удаленными у беременных мышей в соответствующий период времени. Они оказались практически идентичными.

Вам может быть интересно: главные новости Нью-Йорка, истории наших иммигрантов и полезные советы о жизни в Большом Яблоке – читайте все это на ForumDaily New York

В последующих экспериментах ученые поместили в зародыши гены, которые пометили растущие органы флуоресцентными цветами. Успех этой попытки показал, что дальнейшие эксперименты, включающие различные генетические и другие манипуляции, должны дать надежные результаты.

По словам Ханны, теперь ученые могут внедрять гены в клетки эмбриона, заражать их вирусами и проводить другие эксперименты. Команда уверена, что этот метод снизит стоимость и ускорит процесс исследований в области биологии развития, а также уменьшит потребность в лабораторных животных.

Следующим шагом лаборатории станет проверка того, можно ли пропустить этап удаления эмбрионов у беременных мышей. Ученые намерены создать искусственные эмбрионы из стволовых клеток.

Среди прочего, они надеются выяснить, почему при многих беременностях не удается имплантировать эмбрион, почему окно для имплантации так мало, а также, как стволовые клетки постепенно теряют свои свойства и при каких условиях беременности плод будет развиваться с нарушениями.

Читайте также на ForumDaily:

В Калифорнии троих мужчин впервые зарегистрировали отцами одного ребенка

‘Ребенок-спасатель’: как живут дети, которых родили ради донорства

Коктейль из антител и абортивные клетки: чем лечили Трампа от COVID-19

Кожа аллигатора, человеческие клоны и другие вещи, которые с 2020 года запрещены в США

Хотите больше важных и интересных новостей о жизни в США и иммиграции в Америку? — Поддержите нас донатом! А еще подписывайтесь на нашу страницу в Facebook. Выбирайте опцию «Приоритет в показе» —  и читайте нас первыми. Кроме того, не забудьте оформить подписку на наш канал в Telegram  и в Instagram— там много интересного. И присоединяйтесь к тысячам читателей ForumDaily New York — там вас ждет масса интересной и позитивной информации о жизни в мегаполисе.