У крошечного мышиного эмбриона бьющееся сердце. Его мышцы, кровеносные сосуды, кишечник и нервная система начинают развиваться. Но этот эмбрион необычен: он был создан в лаборатории из эмбриональных стволовых клеток мыши и представляет собой самую сложную из когда-либо созданных in vitro (в чашке) модель млекопитающего.
Новая модель Thisses отличается изысканностью. Исследователи сообщают, что это первая in vitro модель эмбриона млекопитающего с таким большим количеством тканей, которые можно построить из стволовых клеток. Что наиболее важно, эти структуры организованы так, как должны, вокруг хорды (предшественника позвоночного столба), определяющей черты позвоночных животных. В модели Тиссеса разные типы клеток элегантно и правильно сплетены вместе – огромное достижение.
Чтобы добиться этого, Тиссам и их сотрудникам пришлось преодолеть некоторые из самых серьезных проблем в области стволовых клеток. Предыдущие модели не могли развиваться должным образом, были неправильно организованы или страдали другими проблемами. Используя свой опыт в биологии развития и основываясь на своей предыдущей работе с использованием клеток эмбрионов рыб (опубликованной в журнале Science в 2014 году), Thisses решили эти проблемы. В результате мышь зародилась в чашке с правильно организованными клетками и тканями. В модели Thisses хорда присутствует и учитывается; пищеварительный тракт начинает развиваться; сердце бьется; и впервые in vitro нервная система развивается с образованием нервной трубки.
"Эта модель мышей in vitro показывает, что мы можем побуждать клетки выполнять сложные программы развития в правильной последовательности шагов. Наличие всего разнообразия тканей позволяет нам надеяться, что научное сообщество сможет создавать органы с надлежащей васкуляризацией, иннервацией и взаимодействием с другими тканями," Кристин Тисс сказала. "Это важно для того, чтобы в один прекрасный день иметь возможность производить функциональные замещающие органы человека в посуде. Это позволит преодолеть нехватку органов для трансплантации."
Новая модель Thisses еще не полноценная мышь и не может развиться в одну. Ключевые части по-прежнему отсутствуют, например передняя часть головного мозга. На данный момент развитие эмбриоидов прекращается во время, соответствующее среднему периоду вынашивания эмбриона мыши. Настоящее достижение исследователей заключается в разработке эффективного подхода к созданию сложных, похожих на эмбрион структур, имитирующих развитие эмбриона мыши. Это существенно продвигает их область исследований и дает ученым более индивидуальный контроль над стволовыми клетками, чем они когда-либо знали.
"У эмбриоидов, которые мы производим в настоящее время, отсутствуют передние домены головного мозга," Бернар Тисс сказал. "Однако с помощью разработанных нами методов в какой-то момент мы сможем манипулировать молекулярными сигналами, которые контролируют формирование эмбриона, и это должно привести к созданию эмбрионоподобных образований, содержащих все ткани и органы, включая переднюю часть мозга."
"Знания, которые мы приобрели на протяжении всей нашей карьеры биологов-специалистов по развитию, послужили отправной точкой для этого исследования в области стволовых клеток," Кристин Тисс сказала. "Для нас это был большой скачок, но он показывает, что если у вас есть твердая идея, ее можно использовать для преодоления препятствий и развить для других целей. Я говорю это студентам: нет ничего окончательного, есть возможность узнать больше и решить проблемы."
"Наблюдать за развитием эмбриона – чудесная вещь," она добавила. "Мне повезло, что моя работа помогла мне внести свой вклад в знание того, как развиваются эмбрионы беспозвоночных и позвоночных, и что, используя эти принципы, мы смогли произвести формирование эмбриона в чашке, используя стволовые клетки в качестве строительных кирпичей."
The Thisses и их сотрудники опубликовали свои выводы в научном журнале Nature Communications. В состав исследовательской группы входили Пэн-Фей Сюй, Рикардо Мораес Борхес, Джонатан Филлатр, Марайса де Оливейра-Мело, Тао Ченг, Бернар Тисс и Кристин Тисс.