Выращивая мышиные стволовые клетки в специальном геле, Берлинская исследовательская группа преуспела в создании структур, похожих на части эмбриона. Стволоподобные структуры вырабатывают предшественники нервной, костной, хрящевой и мышечной тканей из клеточных сгустков в течение пяти дней. Это могло бы позволить в будущем более эффективно исследовать действие фармакологических агентов-и в масштабах, которые были бы невозможны в живых организмах. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.

Это, конечно, избавило бы матерей от трудностей беременности, но млекопитающие не растут в яйцах. В некотором смысле это также непрактично для науки. В то время как эмбрионы рыб, амфибий или птиц можно легко наблюдать за ростом, развитие млекопитающих ускользает от взгляда наблюдателя, как только эмбрион имплантируется в матку. Именно в это время эмбрион претерпевает глубокие изменения в форме и развивает предшественники различных органов—чрезвычайно сложный процесс, оставляющий многие вопросы без ответа.

Но теперь исследовательская группа в Институте молекулярной генетики Макса Планка (MPIMG) в Берлине сумела воспроизвести центральную фазу эмбрионального развития в подходе клеточной культуры, впервые вырастив основную часть ствола из эмбриональных стволовых клеток мыши. Метод повторяет ранние формообразующие процессы эмбрионального развития в чашке Петри.

Эти структуры имеют размер примерно в миллиметр и обладают нервной трубкой, из которой развивается спинной мозг. Кроме того, у них есть сомиты, которые являются предшественниками скелета, хрящей и мышц. Некоторые структуры даже развивают предшественников внутренних органов, таких как кишечник. Примерно через пять дней параллели с нормальным развитием заканчиваются.

"Эта модель эмбрионального развития открывает новую эру",-говорит Бернхард Геррманн, директор MPIMG и глава Института медицинской генетики при Берлинском университете Шарите. "Это позволяет нам наблюдать эмбриогенез мыши непосредственно, непрерывно и с большим параллельным количеством образцов-что было бы невозможно у животного."

Считается, что довольно легко изолировать ранние эмбрионы из трубки или матки и выращивать их в чашке Петри, пока они еще могут свободно двигаться. Но как только эмбрион имплантируется в эндометрий, изоляция становится чрезвычайно трудной.

"Мы можем получить более подробные результаты быстрее и без необходимости исследований на животных", - говорит Александр Мейснер, который, как и Германн, является директором MPIMG и совместно руководил исследованием, опубликованным в текущем номере журнала Science. "Из более сложных процессов, таких как морфогенез, мы обычно получаем только снимки, но это меняется с нашей моделью."

Гель обеспечивает поддержку и пространственную ориентацию

До сих пор было возможно выращивать клеточные кластеры только из эмбриональных стволовых клеток, так называемых гаструлоидов. "Клеточные сборки в гаструлоидах развиваются в той же степени, что и в наших стволоподобных структурах, но они не принимают типичный вид эмбриона",-говорит Джесси Винвлит, один из двух ведущих авторов исследования. - Клеточным кластерам не хватает сигналов, которые приводят их организацию в осмысленное расположение."

В культуре клеток необходимый сигнал генерируется специальным гелем, имитирующим свойства внеклеточного матрикса. Это желеобразное вещество состоит из сложной смеси протяженных белковых молекул, которые секретируются клетками и находятся по всему телу в качестве эластичного наполнителя, особенно в соединительных тканях. Использование этого геля является решающим "трюком" нового метода.

"Гель обеспечивает поддержку культивируемых клеток и ориентирует их в пространстве; например, они могут отличать внутреннее от внешнего", - говорит Венвлиет. Он также предотвращает попадание секретируемых молекул, таких как матричный белок фибронектин, в клеточную культуральную среду. "Клетки способны устанавливать лучшую коммуникацию, что приводит к лучшей самоорганизации."

Клетки с такими же свойствами, как и у эмбриона

Через четыре-пять дней команда разделила структуры на отдельные клетки и проанализировала их по отдельности. "Хотя не все типы клеток присутствуют в стволоподобных структурах, они поразительно похожи на эмбрион того же возраста",-говорит Адриано Болонди, который также является ведущим автором статьи. Вместе с биоинформатиком Хелен Крецмер Болонди и Венвлиет сравнили генетическую активность этих структур с реальными эмбрионами мышей. "Мы обнаружили, что все основные маркерные гены были активированы в нужное время в нужных местах в эмбриоидах, и только небольшое количество генов вышло из строя", - говорит Болонди.

Исследователи ввели мутацию с известными эффектами развития в свою модель и смогли воссоздать результаты из "реальных" эмбрионов, еще больше подтвердив свою модель. Они также дают примеры манипулирования процессом развития с помощью химических агентов.

ИСТОЧНИК