Ці адкрыюць сінтэтычныя эмбрыёны эру штучных органаў?   

Навукоўцы прайгралі ў лабараторыі натуральны працэс эмбрыянальнага развіцця млекакормячых аж да развіцця мозгу і сэрца. Выкарыстоўваючы ствалавыя клеткі, даследчыкі стварылі сінтэтычныя мышыныя эмбрыёны па-за маткай, якія аднавілі натуральны працэс развіцця ва ўлонні маці да дня 8.5. Гэта важная вяха ў сінтэтычнай біялогіі. У будучыні гэта будзе кіравацца даследаваннямі чалавечых сінтэтычных эмбрыёнаў, якія ў сваю чаргу можа распачаць распрацоўку і вытворчасць сінтэт органы для пацыентаў, якія чакаюць трансплантацыі. 

Эмбрыён звычайна разумеецца як прамежкавая стадыя развіцця ў паслядоўнай прыроднай з'яве размнажэння, ініцыяванай сустрэчай народка з яйкаклеткай з адукацыяй зіготы, якая дзеліцца і становіцца эмбрыён, з наступным развіццём плёну і нованароджанага пасля завяршэння цяжарнасці.  

Дасягненні эмбрыянальнай клеткі ядзерная перадача бачыў выпадак пропуску этапу апладнення яйкаклеткі народкам. У 1984 годзе эмбрыён быў створаны з яйкаклеткі, у якой яго першапачатковае гаплоіднае ядро ​​было выдаленае і заменена ядром донарскай эмбрыянальнай клеткі, якая паспяхова прайшла развіццё ў сурагатнай маці, каб нарадзіць першае кланаванае дзіцяня авечкі. Дзякуючы дасканаламу пераносу ядра ў саматычныя клеткі (SCNT), авечка Долі была створана ў 1996 годзе са сталай дарослай клеткі. Гэта быў першы выпадак кланавання млекакормячага з дарослай клеткі. Справа Долі таксама адкрыла магчымасць распрацоўкі персаналізаваных ствалавых клетак. У абодвух выпадках сперма не выкарыстоўвалася, аднак яйкаклетка (з замененым ядром) вырасла і стала эмбрыёнам. Такім чынам, гэтыя эмбрыёны ўсё яшчэ былі натуральнымі.  

Ці могуць быць створаны эмбрыёны без удзелу нават яйкаклеткі? Калі так, то такія эмбрыёны былі б сінтэтычнымі да такой ступені, што гаметы (палавыя клеткі) не выкарыстоўваліся б. У наш час такія эмбрыёны (або «эмбрыёнападобныя» або эмбрыёіды) звычайна ствараюцца з выкарыстаннем эмбрыянальных ствалавых клетак (ESC) і культывуюцца прабірцы у лабараторыі.  

Сярод млекакормячых мышам патрабуецца адносна кароткі перыяд (19-21 дзень) для размнажэння, што робіць мышыны эмбрыён зручнай мадэллю для вывучэння. З агульнага перыяду да імплантацыі перыяд складае каля 4-5 дзён, а астатнія 15 дзён (каля 75% ад агульнай колькасці) - гэта перыяд пасля імплантацыі. Для развіцця пасля імплантацыі эмбрыён павінен імплантавацца ў матку, што робіць яго недаступным для вонкавага назірання. Гэтая залежнасць ад матчынай маткі стварае перашкоду ў даследаванні.    

2017 год стаў знамянальным у гісторыі культуры эмбрыёнаў млекакормячых. Намаганні па стварэнні сінтэтычных эмбрыёнаў мышэй атрымалі плён, калі даследчыкі ясна прадэманстравалі, што эмбрыянальныя ствалавыя клеткі валодаюць здольнасцю да самазборкі і самаарганізацыі прабірцы каб стварыць эмбрыёнападобныя структуры, якія ў важных адносінах нагадвалі натуральныя эмбрыёны^1,2. Аднак былі абмежаванні, якія вынікаюць з матка бар'еры. Культываванне эмбрыёна перад імплантацыяй - звычайная справа прабірцы але якой-небудзь трывалай платформы для экс-утробнай культуры постімплантацыйнага мышынага эмбрыёна (ад стадыі яечнага цыліндра да прасунутага арганагенезу) было недаступна. Прарыў у вырашэнні гэтай праблемы адбыўся ў мінулым годзе ў 2021 годзе, калі даследчая група прадставіла культурную платформу, якая была эфектыўнай для постімплантацыйнага развіцця эмбрыёна мышы па-за маткай маці. Было ўстаноўлена, што эмбрыён, выгадаваны на гэтай платформе ex utero, дакладна паўтарае iунутрычэраўны развіццё³. Гэтая распрацоўка пераадолела маткавыя бар'еры і дазволіла даследчыкам лепш зразумець постімплантацыйны марфагенез і, такім чынам, дапамагла праекту сінтэтычнага эмбрыёна выйсці на прасунутую стадыю. 

Цяпер дзве даследчыя групы паведамілі, што вырошчванне сінтэтычнага эмбрыёна мышы працягвалася 8.5 дзён, што з'яўляецца самым доўгім дагэтуль. Гэта было дастаткова доўга, каб адрозніць органы (напрыклад, б'ецца сэрца, кішачная трубка, нервовая зморшчына і г.д.). Гэты апошні прагрэс сапраўды выдатны.  

Як паведамлялася ў Cell 1 жніўня 2022 г., даследчая група стварыла сінтэтычныя эмбрыёны мышэй, выкарыстоўваючы толькі наіўныя эмбрыянальныя ствалавыя клеткі (ESC) па-за маткай маці. Яны агрэгавалі ствалавыя клеткі і апрацоўвалі іх з дапамогай нядаўна распрацаванай культуральнай платформы для працяглага выкарыстання экс-утробна рост, каб атрымаць пасля гаструляцыі сінтэтычны цэлы эмбрыён з эмбрыянальным і пазаэмбрыянальным аддзеламі. Сінтэтычны эмбрыён здавальняюча дасягнуў этапаў 8.5-дзённай стадыі мышыных эмбрыёнаў. Гэта даследаванне падкрэслівае здольнасць наіўных плюрыпатэнтных клетак да самазборкі і самаарганізацыі і мадэлявання ўсяго эмбрыёна млекакормячых за межамі гаструляцыі⁴. 

У апошнім даследаванні, апублікаваным у Nature 25 жніўня 2022 г., даследчыкі таксама выкарыстоўвалі экстраэмбрыянальныя ствалавыя клеткі, каб пашырыць патэнцыял развіцця эмбрыянальных ствалавых клетак (ESC). Яны сабралі сінтэтычныя эмбрыёны in vitro з дапамогай мышыных ESC, TSC і клетак iXEN, якія паўтарылі натуральнае цэласнае эмбрыянальнае развіццё мышы ў матцы да 8.5 дня. Гэты сінтэтычны эмбрыён меў пэўныя вобласці пярэдняга і сярэдняга мозгу, структуру, падобную на сэрца, якое б'ецца, ствол, які змяшчае нервовую трубку, хваставую нырку, якая змяшчае нейромезодермальные папярэднікі, кішачную трубку і першародныя зародкавыя клеткі. Усё гэта было ў пазаэмбрыянальным мяшку⁵. Такім чынам, у гэтым даследаванні арганагенез быў больш прасунутым і выдатным у параўнанні з даследаваннем, апублікаваным у Cell 1 жніўня 2022 г. Магчыма, выкарыстанне двух тыпаў пазаэмбрыянальных ствалавых клетак узмацніла патэнцыял развіцця эмбрыянальных ствалавых клетак у гэтым даследаванні. Цікава, што ў папярэднім даследаванні выкарыстоўваліся толькі наіўныя эмбрыянальныя ствалавыя клеткі (ESC).  

Гэтыя дасягненні сапраўды выдатныя, бо гэта самая далёкая кропка ў даследаваннях сінтэтычных эмбрыёнаў млекакормячых. Магчымасць стварыць мозг млекакормячых была галоўнай мэтай сінтэтычнай біялогіі. Узнаўленне натуральнага працэсу постімплантацыйнага развіцця эмбрыёна ў лабараторыі дазваляе пераадолець маткавы бар'ер і даць даследчыкам магчымасць вывучаць самыя раннія стадыі жыцця, якія звычайна хаваюцца ў матка.  

Нягледзячы на ​​​​этычныя праблемы, дасягненні ў даследаваннях сінтэтычных эмбрыёнаў мышэй будуць у бліжэйшай будучыні кіраваць даследаваннямі сінтэтычных эмбрыёнаў чалавека, якія могуць пакласці пачатак распрацоўцы і вытворчасці сінтэтычных органаў для пацыентаў, якія чакаюць трансплантацыі.  

*** 

Спасылкі:  

1. Харысан SE і інш 2017. Зборка эмбрыянальных і пазаэмбрыянальных ствалавых клетак для імітацыі эмбрыягенезу in vitro. НАВУКА. 2 сакавіка 2017 г. Том 356, выпуск 6334. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aal1810  

2. Warmflash A. 2017. Сінтэтычныя эмбрыёны: вокны ў развіццё млекакормячых. Клетка Ствалавая клетка. Том 20, выпуск 5, 4 мая 2017 г., старонкі 581-582. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001   

3. Агілера-Кастрэхон, А., і іншыя 2021. Ex utero эмбрыягенез мышэй ад прегаструляции да позняга органогенеза. Прырода 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3  

4. Таразі С., і інш 2022. Пост-гаструляцыйныя сінтэтычныя эмбрыёны, атрыманыя ex utero з наіўных ESC мышэй. Сотавы. Апублікавана: 01 жніўня 2022 г. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028 

5. Амадэй, Г., і інш 2022. Сінтэтычныя эмбрыёны завяршаюць гаструляцыю да нейруляцыі і арганагенезу. Апублікавана: 25 жніўня 2022 г. Прырода. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3 

***