Учёные впервые создали в лабораторных условиях эмбрионы мышей без использования каких-либо яйцеклеток или сперматозоидов, мало того, они наблюдали за тем, как они развиваются вне матки. Для достижения этой цели исследователи использовали только стволовые клетки и вращающееся устройство, наполненное блестящими стеклянными флаконами.
Данный эксперимент «меняет правила игры», сказал The Washington Post Альфонсо Мартинес Ариас (Alfonso Martinez Arias), биолог-эволюционист из Университета Помпеу Фабра в Барселоне, который не участвовал в исследовании.
Прорывной эксперимент, описанный в отчёте, опубликованном в понедельник (1 августа) в журнале Cell, был проведён в специально разработанном биореакторе, который служил искусственной маткой для развивающихся эмбрионов. Внутри устройства эмбрионы плавали в маленьких стаканах с раствором, наполненным питательными веществами, при этом все стаканы были заперты во вращающемся цилиндре, который поддерживал их в постоянном движении. Это движение имитировало поток крови и питательных веществ к плаценте. Согласно заявлению израильского Института Вейцмана, где проводилось исследование, устройство также воспроизводило атмосферное давление матки мыши.
В предыдущем эксперименте, описанном в журнале Nature в 2021 году, команда использовала этот биореактор для выращивания естественных эмбрионов мышей, которые достигли 11-го дня развития в устройстве.
После первоначального успеха с использованием естественных эмбрионов исследователи захотели попробовать свои силы в выращивании лабораторных эмбрионов в механической матке.
Для этого они применили химическую обработку к стволовым клеткам мышей, которая «перезагрузила» их в наивное состояние, из которого они могли трансформироваться в любой тип клеток — сердце, печень, мозг или что-то другое. К части этих «наивных» клеток команда применила дополнительную обработку, чтобы включить гены, необходимые для создания плаценты, а к третьей группе клеток они применили обработку, чтобы включить гены, необходимые для образования желточного мешка.
Затем учёные поместили эти три группы стволовых клеток в искусственную матку, чтобы их смешать. Три разновидности клеток вскоре объединились, чтобы сформировать скопления, но только около 50 из 10 тысяч клеточных скоплений продолжали развиваться в эмбрионоподобные структуры, а те, которые выжили, выживали в биореакторе только в течение 8,5 дней.
По сообщению STAT News, в течение этих 8,5 дней — или почти половины типичной мышиной беременности — первоначально сферические эмбрионы вытягивались и становились цилиндрическими, как и следовало ожидать от естественных эмбрионов. Зачатки центральной нервной системы начали появляться на 6-й день и вскоре привели к появлению крошечного, сморщенного мозга. К 8-му дню у эмбрионов развились кишечные тракты и маленькие бьющиеся сердца, которые проталкивали стволовые клетки крови по новообразованным сосудам.
Команда отметила, что форма внутренних структур и структура генов у синтетических эмбрионов немного отличались от тех, которые были обнаружены у естественных эмбрионов мыши.
В последующих экспериментах исследователи планируют изучить химические сигналы, которые толкают эмбриональные клетки превращаться в один тип ткани вместо другого. Какие силы побуждают одни стволовые клетки собираться и формировать нервную трубку, в то время как другие в конечном итоге дифференцируются в клетки, выстилающие кишечник?
По словам учёного, искусственная матка может не только служить исследовательской моделью, но и когда-нибудь послужить инкубатором для клеток, тканей и органов, выращенных для процедур трансплантации.
Конечно, такое исследование связано с серьезными этическими соображениями.
