Іспанські вчені придумали новий спосіб моделювати ранній розвиток ссавців: вони виростили структури, що нагадують бластоцисту, з однієї стовбурової клітини. Також вони продемонстрували, що можна репрограмувати соматичну клітку в стовбурову і виростити з неї аналогічний зародок. Новоутворені ембріони імплантували в матку мишам і вони навіть почали розвиватися, хоча повноцінні тканини в них не виросли. Дослідження опубліковано в журналі.
Протягом першого тижня розвитку зародок ссавців проходить кілька стадій. Спочатку - дроблення, утворюється грудка з однакових клітин - бластомерів. Потім - компактизація, бластомери стискаються, утворюючи морулу. Потім посеред них утворюється порожнина і формується бластоциста. Це клітинна куля, всередині якої є порожнина з рідиною і комок клітин, що лежить до неї. Поверхню кулі називають трофобластом, вона згодом дасть позазародишеві оболонки (в тому числі плаценту). Внутрішня клітинна маса ж перетворюється частково на оболонки, а частково - на власне тканини зародку. Після того, як в бластоцисті сформувалися обидва клітинних шари, вона імплантується в стінку матки, де клітини починають спеціалізуватися далі і виникають осі тіла (передньо-задня і верхня-нижня).
Але оскільки всі ці процеси цілком відбуваються в утробі матері, їх досить складно вивчати в лабораторії. Для цього, як правило, використовують культури стовбурових клітин, з яких вчені намагаються зібрати (іноді в буквальному сенсі слова, післяйно) модель зародку на тій чи іншій стадії розвитку. Нещодавно ми розповідали про те, що за допомогою мікрофлюїдики вперше вдалося створити імітацію постімплантаційного розвитку миші.
Тим не менш, всі відомі досі методи конструювання штучних зародків роблять їх абсолютно нежиттєздатними. Далі всіх поки що просунувся експеримент нідерландських вчених, які зібрали бластоїд (бластоцисто-подібну структуру) з двох типів клітин: ембріональних стовбурових клітин і стовбурових клітин трофобласту. Ці ембріони навіть вдалося імплантувати в матку, проте ранні стадії розвитку до імплантації вивчати на них неможливо.
Наступний крок у цьому напрямку зробила міжнародна група вчених під керівництвом професора Католицького університету Мурсії (Іспанія) та Інституту Солка (США) Хуана Карлоса Іспісуа Бельмонте (Juan Carlos Izpis^ a Belmonte). Вони вирішили побудувати зародок на основі «вдосконалених» плюрипотентних клітин (expanded pluripotent stem cells). Ці клітини аналогічні бластомерам, тобто можуть дати початок не тільки зародкам, а й позазародишевим тканинам. Щоб їх отримати, дослідники брали ембріональні стовбурові клітини і культивували їх під дією коктейлю з сигнальних речовин, «повертаючи» їм втрачені функції.
Дослідники виявили, що якщо діяти на такі плюрипотентні клітини речовинами, які викликають диференціювання як трофобласту, так і внутрішньої клітинної маси, то з них виростають повноцінні бластоїди приблизно в 15 відсотках випадків. А ось з ембріональними стовбуровими клітинами повторити експеримент не вийшло - з них бластоїди не утворювалися.
Коли бластомероподібні клітини вирощували поодинці, вони спочатку гинули. Тоді вчені взяли лінію клітин, стійких до пуроміцину, і змішали з іншими, нестійкими клітинами. Їх деякий час вирощували разом, а потім обробляли пуромицином і «клітини-помічники» гинули. Таким чином, за допомогою тимчасової підтримки інших клітин, вдалося виростити ембріон з однієї-єдиної стовбурової клітини - правда, всього в 2,7 відсотках випадків.
Дослідники підтвердили, що їхні бластоїди аналогічні звичайним бластоцистам: по клітинному складу, фарбуванню на різні маркери та експресії генів. Вони навіть перевірили, що в бластоїдах протікають характерні для розвитку ссавців процеси - наприклад, інактивація Х-хромосоми. У внутрішній клітинній масі на початку розвитку активні обидві її копії, а в клітинах трофобласту, як правило, батьківська Х-хромосома «замовкає» - і саме це сталося в більшості зовнішніх клітин бластоїду.
Потім автори роботи продемонстрували, що їхні бластоїди аналогічні бластоцистам in vitro. Наприклад, з них виділили культуру ембріональних стовбурових клітин і показали, що вони можуть вбудовуватися в зародки звичайних мишей і давати хімерних тварин. Крім того, бластоїди можна культивувати, і їхні клітини починають утворювати різні постімплантаційні тканини.
Бластоїди підсадили мишам у матку, і близько 7 відсотків з них імплантувалися. Штучні зародки викликали освіту в матці децидуальної тканини - попередника плаценти - і встановили з нею тісний контакт, достатній, щоб барвник з організму матері потрапляв у зародок. Ембріони продовжували розвиватися щонайменше до 7-8 дня, в них поступово росли тканини, проте вони істотно відставали в розвитку від здорових ембріонів.
Нарешті, вчені отримали бластомероподібні клітини з соматичних клітин миші. Вони репрограмували їх за тим же принципом, що і для створення індукованих плюрипотентних клітин, і отримана культура виявилася за властивостями аналогічна «вдосконаленим» плюрипотентним клітинам. З неї теж вдалося виростити бластоїди та імплантувати їх у матку.
Незважаючи на те, що новий метод поки не призвів до створення повністю життєздатних ембріонів, автори роботи розраховують, що одного разу з його допомогою зможуть виростити біоінженерні зародки. Якщо це дійсно вийде, то можна буде говорити про третій спосіб клонування. Зараз відомі два: перенесення соматичного ядра в яйцеклітину і перенесення індукованих плюрипотентних клітин у чужий зародок. Якщо третій метод клонування запрацює, то це буде перше «справжнє» клонування, оскільки зародок буде повністю розвиватися із соматичної клітини дорослого організму.
Хуан Бельмонте відомий своїми сміливими роботами в області ембріології і стовбурових клітин. Так, у 2016 році група під його керівництвом вперше випробувала на мишах репрограмування - «омолодження» клітин організму для боротьби зі старінням. А в липні 2019 року він з колегами створив хімерний ембріон людини і мавпи - правда, для цього йому довелося виїхати в Китай.