Ученые Института Вейцмана научились выращивать мышиные эмбрионы вне матки

Новый метод позволяет наблюдать за развитием эмбриона в режиме реального времени.​

Исследователи эмбрионального развития давно мечтали увидеть своими глазами, как крошечный клубок одинаковых клеток сначала прикрепляется к стенке матки, а затем превращается в нервную систему, сердце, желудок и конечности.

Эту задачу удалось решить профессору Якубу Ханна​ из израильского Научного института им. Вейцмана и его исследовательской группе. Разработанный ими метод выращивания эмбрионов мыши вне матки - начиная с имплантации эмбриона и до существенных этапов развития - дает исследователям беспрецедентный по важности инструмент для понимания программы развития, закодированной в генах, и может дать детальное представление о врожденных дефектах и ​​пороках развития, а также о процессе имплантации эмбрионов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Проф. Ханна, который работает в отделе молекулярной генетики Института Вейцмана, объясняет, что многое из того, что сегодня известно об эмбриональном развитии млекопитающих - это результаты наблюдений не за самими млекопитающими, а за лягушками или рыбами, откладывающими прозрачные яйца, а также путем исследования мертвых препаратов эмбрионов мыши. Идея выращивания эмбрионов вне матки родилась еще в 30-е годы прошлого века, но эксперименты в этом направлении имели до сих пор весьма ограниченный успех - такие эмбрионы развивались ненормально и погибали.

Группа Ханны решила возобновить эти усилия в его лаборатории, главным направлением которой является изучение генетической "программы развития" в эмбриональных стволовых клетках. За семь лет, путем проб и ошибок, совершенствования процедур и самоконтроля, исследователи разработали двухэтапный процесс, позволяющий растить нормально развивающиеся мышиные эмбрионы вне матки в течение шести дней - примерно треть срока 20-дневной мышиной беременности.  К этому времени мышиные эмбрионы развивают четко очерченный план тела и видимые органы. «Для нас это самая загадочная и самая интересная часть эмбрионального развития, и теперь мы можем наблюдать ее и экспериментировать с ней, видя все эти поразительные детали», - отмечает проф. Ханна.

Исследованием руководили Алехандро Агилера-Кастрехон, доктор Бернардо Олдак, скончавшаяся в прошлом году д-р Рада Массарва и доктор Ноа Новерштерн в лаборатории проф. Ханны, а также доктор Итай Маза, бывший студент Якуба Ханны, ныне работающий в медицинском центре "Рамбам" хайфского Техниона.

На первом этапе, который длился около двух дней, исследователи начали работать с эмбрионами мышей в возрасте нескольких дней - сразу после того, как в организме матери они прикрепляются к стенке матки. В этот момент эмбрион - это шарик из 250 одинаковых стволовых клеток. Поместив эти шарики на специальную питательную среду в лабораторной посуде, ученые "убедили" эмбрионы закрепиться в этой среде так же, как на стенке матки, и продублировать первую стадию развития, на которой эмбрион удваивается и утраивается в размерах и делится на три слоя: внутренний, средний и внешний.

По прошествии двух дней, когда эмбрионы вступили в следующую стадию развития - формирование органов из каждого из слоев - исследователи перенесли их в питательный раствор в крошечные мензурки на роликовой базе, которая поддерживала движение растворов и их непрерывное перемешивание. Такой поток питательных веществ помог компенсировать отсутствие притока материнской крови к плаценте. Тщательно регулируя количество питательных веществ в мензурках, исследователи научились контролировать и подачу кислорода и углекислого газа к эмбрионам.

Чтобы проверить, были ли наблюдаемые процессы развития нормальными, исследователи сравнивали "свои" живые эмбрионы с препаратами, взятыми у мышей в те же сроки беременности, и убедились в их почти полной идентичности. В последующих экспериментах они вставили в зародыши гены, которые пометили растущие органы флуоресцентными цветами. Успех этой попытки показал, что новый процесс позволяет вести различные эксперименты, генетические и другие манипуляции, получая надежные результаты. «Вы сможете ввести в клетки новые гены или другие элементы, изменить условия или заразить эмбрион вирусом, и созданная нами система даст вам результаты, соответствующие тем, которые были бы получены при развитии эмбриона внутри матки», - подчеркивает проф. Ханна.

«Если вы дадите эмбриону правильные условия, его генетический код будет функционировать как линия костяшек домино - один этап последует за другим. Наша цель состояла в том, чтобы воссоздать эти условия, и теперь мы можем наблюдать в режиме реального времени, как "падают костяшки" эмбриональнго развития». По словам проф. Ханна, новый метод снизит стоимость и ускорит процесс исследований в области биологии развития, а также сократит потребность в лабораторных животных.

Следующим шагом в лаборатории Ханны станет проверка, можно ли вообще отказаться от эмбрионов беременных мышей, и создать искусственные эмбрионы из стволовых клеток. Исследователи надеются, что новый метод даст ответы на такие вопросы, как неудачи имплантации эмбрионов, почему окно для имплантации такое маленькое, как стволовые клетки постепенно теряют свои характеристики по мере дифференциации и развития эмбриона, и какие факторы при беременности могут привести к нарушениям развития.

Источник: MFA
Фото: Институт Вейцмана