• The Best Clinic
    2017
  • The Best Clinic
    2018
Weizman 14, Tel Aviv, Israel

    Без яйцеклетки, без спермы и без матки: ученые израильского Института им. Вейцмана создали искусственную модель мышиных эмбрионов

    01.08.2022 г. 

    Модель эмбрионов была создана из выращенных вне матки стволовых клеток до относительно поздней стадии и демонстрирует нормальное развитие органов и тканей.

    Яйцеклетка встречает сперматозоид – это основное условие для создания новой жизни. Опубликованное сегодня в научном журнале Cell новое исследование ученых из Института им. Вейцмана бросает вызов основному факту жизни. Исследовательская группа под руководством профессора Яакова Хана впервые создала искусственные модели мышиных эмбрионов, которые развивались из стволовых клеток и росли вне матки – без оплодотворения яйцеклетки спермой. Помимо прорыва в изучении эмбрионального развития, этот инновационный подход может открыть новые пути для медицины будущего, включая выращивание органов и тканей, которые можно будет использовать для выполнения направленной на спасение жизни трансплантации.

    На видео показан искусственный эмбрион мыши на восьмом дне своего развития. Вы можете увидеть бьющееся сердце, желточный мешок, плаценту и начало кровообращения.

    Модель искусственного эмбриона основана на двух предыдущих открытиях лаборатории профессора Хана с кафедры молекулярной генетики Института Вейцмана: первое из которых – это эффективный метод возвращения эмбриональных стволовых клеток в так называемое «наивное» состояние — самую раннюю стадию развития, на которой стволовые клетки обладают способностью дифференцироваться не только в любой тип ткани организма плода, но и в ткани вне эмбриона, а именно, в поддерживающие развитие плода плаценту и желточный мешок. Вторым открытием является инновационный метод выращивания эмбрионов мышей вне матки до поздних стадий развития. Этот метод, разрабатывавшийся в течение семи лет методом проб и ошибок, основан, кроме прочего, на движущемся устройстве, в котором эмбрионы удерживаются в лабораторных стаканах и окружены питательным раствором. При отсутствии притока крови от матери к плаценте движение устройства имитирует естественное питание плода, регулируя при этом уровень кислорода и давление воздуха в лабораторной емкости. В опубликованном в марте 2021 г.  в научном издании Nature исследовании указано, что ученым удалось вырастить с помощью этого устройства натуральные эмбрионы мышей с 5 по 11 день. 

    Группа ученых, Справа: Карин Джубран, Шади Терзи, Алехандро Агилера, профессор Яаков Хана и доктор Ноа Новерштерн

    В новом исследовании ученые попытались разработать искусственную модель мышиных эмбрионов — то есть эмбрионов, происходящих не из оплодотворенной яйцеклетки, как в предыдущем исследовании, а из эмбриональных стволовых клеток, которые годами выращивались в культуре. Для этого ученые разделили эмбриональные стволовые клетки в лаборатории на три группы: одна группа, из которой развивался сам эмбрион, эта группа не подвергалась никаким действиям, а две другие группы подвергались обработке в течение 48 часов с целью повышения в них уровня экспрессии определенных генов, необходимых для создания тканей вне эмбриона – плаценты в одной группе и желточного мешка во второй группе. После того, как три группы были помещены в специальное устройство для искусственного выращивания эмбрионов, они быстро начали организовываться в кластеры клеток, подавляющее большинство из которых не развивалось должным образом. Вместе с тем, около 0,5% из них – 50 из 10 000 – сформировали сферические ткани, которые со временем развились в подобную плоду структуру.

    На видео показана работа вращающегося устройства для выращивания эмбрионов мышей вне матки. Движение устройства имитирует естественное кормление плода, одновременно регулируя уровень кислорода и давление воздуха в лабораторном сосуде.

    Ученые предварительно обозначили каждую группу клеток разным цветом и таким образом смогли увидеть, что искусственные модели, которым удалось развиться, действительно развивались аналогично естественным эмбрионам, а плацента и желточный мешок формировались отдельно от эмбриона. Эти искусственные модели мышиных эмбрионов нормально развивались в течение 8,5 дней – что составляет почти половину 20-дневного периода беременности, в них также развились внутренние органы, которые развиваются в эмбрионе первыми, включая бьющееся сердце, начало кровообращения, правильно сформированный мозг, первичные версии центральной нервной системы и пищеварительная система. Выращенные эмбрионы продемонстрировали 95% соответствия естественным эмбрионам мышей – как по форме внутренних органов, так и по характеру экспрессии генов разных типов клеток.

    Развитие искусственных эмбрионов с 1-го дня (вверху слева) по 8-й день (внизу справа).

    Разработанная исследователями искусственная модель открывает новые горизонты в изучении эмбрионального развития. «Нашей следующей задачей является необходимость понять, как стволовые клетки знают, что им нужно делать – как они организуются в органы и как они находят свой путь в развивающемся эмбрионе. Кроме того, поскольку, в отличие от матки, наша система прозрачная, мы можем использовать ее для изучения врожденных дефектов и дефектов развития, а также, для изучения различных проблем с фертильностью», – подробно описывает направления будущих исследований профессор Хана.

    Искусственные модели эмбрионов также могут сократить использование количества животных в исследованиях и в будущем даже стать надежным источником клеток, тканей и органов для трансплантации. «Процесс развития эмбриона на самом деле представляет собой сложный механизм производства органов – это наилучший биологический 3D-принтер», – говорит профессор Хана.

    «Вместо того, чтобы разрабатывать отдельный протокол для выращивания каждого типа клеток, например, клеток почек или печени, возможно, в будущем мы сможем создать искусственную модель эмбриона и выделить из нее нужные клетки. Мы не будем диктовать органам как они должны развиваться – лучше всего это делает сам эмбрион».

    Это изображение восьмого дня жизни эмбриона мыши – искусственная модель (вверху) по сравнению с естественным развитием (внизу). Искусственные эмбрионы на 95% соответствовали естественным эмбрионам мышей – как по форме внутренних органов, так и по характеру выражения генов разных типов клеток.

    Данное исследование было выполнено специалистами кафедры молекулярной генетики Института: Шади Терзи, Алехандро Агилера и Карин Джубран. В исследовании также приняли участие доктор Франческо Ронкато, Эмили Вильдшуц, доктор Бернардо Олдак, Алидетт Гомез-Сизар, Нир Ливнат, Сергей Вьюков, Дмитрий Локштанов, Сегев Нава Теса, Макс Роз и доктор Ноа Новерштерн; Монтестер Хадад и профессор Цви Лапидот с кафедры иммунологии и биологической регенерации института им. Вейцмана, доктор Хадас Керен Шауль из национального центра персонализированной медицины им. Нэнси и Стивена Гранд; а также, доктор Надир Ганам, доктор Сохир Хана и доктор Итай Маза из медицинского центра «РАМБАМ».

    Из научной литературы

    Искусственные эмбрионы мышей развились из 27 стволовых клеток, разделенных на 3 группы: первая группа из которой развился сам эмбрион, и две другие группы обрабатывались в течение 48 часов с целью повышения экспрессии генов, необходимых для создания тканей вне эмбриона – плаценты и желточного мешка.

    С сылка на источник: https://heb.wis-wander.weizmann.ac.il/life-sciences/n-11743

     

    Найти врача

    Позвоните нам или заполните форму ниже, и мы свяжемся с вами. Мы стараемся ответить на все запросы в течение 24 часов в рабочие дни.