Изкуствен миши ембрион от стволови клетки отваря нов път за пресъздаване на първите етапи от живота

Екип от учени под ръководството на проф. Магдалена Зерничка – Гьотц, създава модел на ембриони като използва стволови клетки, а не яйцеклетки и сперматозоиди. Мишият ембрион развива сърце, мозък и основите на всички други органи в тялото.

Ембрионът, създаден от стволови клетки

"Създаването от стволови клетки на синтетични миши ембриони в епруветка, които развиват мозък и биещо сърце, е кулминацията на работата ни от над десет години“, казва проф. Магдалена Зерничка – Гьотц, която осъществява с екипа си истински научен пробив и допълва, че изграждането на първите модели е процес, който постигат стъпка по стъпка.

Изследователите имитират естествените процеси в лабораторния условия. За целта те насочват три вида стволови клетки към точката, в която те започват да си взаимодействат.

Като предизвикват експресия в определен набор от гени и създават уникална среда за взаимодействието между тях, учените успяват да накарат стволовите клетки „да говорят“ помежду си.

Важно е да се уточни, че стволовите клетки се самоорганизират в структури, които преминават през различни етапи на развитието си.

>>>Изкуствено създадени мускулни стволови клетки възстановяват увредена мускулна тъкан

За развитието на човешкия ембрион трябва да има връзка, или както казват учените „диалог“ между тъканите, които ще го изградят и ще го свържат с майката. През първата седмица след оплождането се развиват три вида стволови клетки.

Един от екстраембрионалните видове стволови клетки ще оформи плацентата, която свързва плода с майката и осигурява хранителни вещества и кислород. Друг от видовете е жълтъчната торбичка, в която ембрионът расте и откъдето получава хранителни вещества в ранното си развитие.

Големият пробив на настоящото изследване се дължи на факта, че моделите, създадени от учените от Кеймбридж, достигат етап, в който започва да се развива целият мозък, включително и предната му част. И това отличава тези от останалите синтетични ембриони.

„Нашият модел на миши ембрион не само развива мозък, но и биещо сърце и всички останали елементи, които изграждат тялото. Невероятно е, че успяхме да стигнем до тук, защото това е мечтата ни от години и основен фокус на работата ни от десет години. Най-накрая успяхме“, разяснява проф. Зерничка – Гьотц.

По време на опитите учените събират култивирани стволови клетки, които представят всеки един от трите вида тъкани в правилни пропорции и среда. По този начин те реално ръководят развитието на ембриона. Откриват, че екстраембрионалните клетки дават сигнал на ембрионалните чрез химически сигнали, но още и чрез докосване.

Както поясняват изследователите те показват връзката между различните видове стволови клетки, как се случва всичко това и как може да се обърка.

Сериозен напредък в изследването е способността да се изгради целият мозък и особено предната му част, което е основната цел при създаването на синтетични ембриони. За да може да се развие тази част от мозъка са нужни сигнали от извънембрионалните тъкани.

Изграждането на мозъка в новия вид ембриони дава възможност да бъдат изследвани механизмите на невроразвитие в експериментални модели.

„По времена опитите ние отстранихме ген, за който се знае, че е от съществено значение за оформянето на невралната тръба, за развитието на мозъка и очите и е предшественик на нервната система. Когато този ген отсъства, се появяват дефекти в развитието на мозъка на синтетичните ембриони същите като при животното, което има същата мутация, а това означава, че може да прилагаме този подход към много гени, които имат неизвестна функция за развитието на мозъка“, коментира още ръководителката на екипа.

Резултатите от проучването

Резултатите от изследването ще помогнат да се разбере защо някои от ембрионите умират, а други продължават да се развиват. Много бременности биват прекъсвани при това в момента, когато трите вида стволови клетки започват да изпращат химични и механични сигнали една към друга, чрез които насочват ембриона да се развива правилно.

Тези най-ранни етапи на бременността, които изучава екипът на проф. Зерничка – Гьотц, дават отговор въпроса защо едни бременности са успешни, а други не са.

Моделът на ембриона от стволови клетки е важен, защото дава достъп до развиващата се структура в онзи етап, който обикновено е скрит. „Този достъп ни позволява да манипулираме гените, за да разберем каква е ролята им за развитието на експерименталната ни система“, обяснява специалистката.

Създаденият синтетичен ембрион дава нова информация на учените за механизмите, които помагат на ембриона да се самоизгради.

Бъдещето на проекта

След изследванията, проведени в модели на мишки, сега екипът разработва човешки модели. Задача е те да бъдат насочени към създаването на типове органи, за да бъдат разбрани механизмите, които стоят зад важни процеси, които няма как да бъдат изследвани в реални ембриони.

Ако опитите са успешни, то в бъдеще те биха могли да се използват за създаването на синтетични органи за трансплантация.

„Това, което прави нашата работа вълнуваща, е, че знанието от нея може да бъде използвано за създаването на човешки органи, които да спасят животи, които в момента са изгубени. Толкова много хора по света чакат с години за трансплантация на органи и често не я дочакват“, споделя проф. Магдалена Зерничка-Гьотц

За проф. Магдалена Зерничка – Гьотц

Родената в Полша Магдалена Зерничка – Гьотц е специалист по развитието на бозайниците и биология на стволовите клетки в Катедрата по физиология, развитие и неврология в Кембридж и професор по биология и биологично инженерство в Калтех.

Проф. Зерничка – Гьотц споделя, че е очарована от начина, по който работят ембрионите. Казва, че ключът към настоящото постижение е фактът, че тя и екипът й мислят извън конвенционалните рамки. „Повечето проучвания на ембрионални модели се фокусират върху ембрионални стволови клетки, но не отчитат ролята на екстраембрионалните клетки. Ние смесихме правилните пропорции от едните и другите.“

Изследователката е категорична, че работата й изисква не само издръжливост, но и страст. Разказва, че по времето, когато работи по защитата на докторската си степен, нейните ментори я съветват да не се занимава с така наречената черна кутия на развитието (развитието на ембриона по време на имплантирането), защото твърдят, че е много трудно да се хвърли светлина по този проблем.

„Аз обаче бях толкова завладяна от това как ембрионът се самоорганизира и не се отказах. Заедно с колегите ми от изследователската група не спряхме да работим и сантиметър по сантиметър си проправихме пътя напред“, казва проф. Зерничка – Гьотц, която твърди, че откриването на произхода на един нов живот е истинска привилегия и невероятно усещане. „Това е сякаш откриваме нова планета, за която не сме подозирали, че съществува“.