Новости | Учёные Калифорнийского университета воссоздали раннее развитие с помощью «программируемых моделей эмбрионов», открывая новые пути для исследований фертильности

Новости | Учёные Калифорнийского университета воссоздали раннее развитие с помощью «программируемых моделей эмбрионов», открывая новые пути для исследований фертильности

То, как одна клетка в первые дни после оплодотворения превращается в полноценный организм, остаётся одной из величайших загадок науки. Поскольку раннее развитие млекопитающих происходит внутри матки, исследователям давно сложно непосредственно наблюдать этот процесс или вмешиваться в него, что ограничивает понимание причин, по которым развитие эмбриона иногда прекращается.

Новаторское исследование в Калифорнийском университете в Санта-Крузе позволяет преодолеть это ограничение. Используя передовую технологию CRISPR и не применяя настоящие эмбрионы, исследователи создали самоорганизующиеся «программируемые модели эмбрионов», или эмбриоиды, воспроизводящие ключевые этапы раннего развития в лаборатории. Работа опубликована в Cell Stem Cell.

«Мы хотим реконструировать и даже изменять природные явления в чашке, например формирование эмбриона, чтобы продвигать исследования нарушений раннего развития».

— Али Шариати, автор для корреспонденции и доцент кафедры биомолекулярной инженерии UC Santa Cruz

Программирование стволовых клеток с помощью CRISPR

Исследование совместно возглавили постдокторант Герральд Лодевейк и выпускница Саяка Кодзуки, ныне аспирантка Caltech; они использовали стволовые клетки лабораторных мышей. Стволовые клетки подобны чистому холсту и теоретически могут превратиться в любой тип клеток, включая клетки мозга или кишечника.

Команда использовала более мягкий вариант CRISPR — систему активации CRISPR (CRISPRa). Вместо разрезания ДНК она регулирует и активирует участки генов, необходимые для эмбрионального развития. Такая точная активация побуждает стволовые клетки образовывать разные примитивные эмбриональные типы клеток.

«Вместо добавления внешнего стимула мы активируем генетические переключатели, которые уже есть у клеток, и позволяем им самим определять, как начать путь развития», — пояснил Лодевейк.

Более 80% стволовых клеток за несколько дней самопроизвольно организовались в структуры, напоминающие ранние эмбрионы, и запустили программы экспрессии генов, близко соответствующие естественным эмбрионам.

«Самоорганизация поразительно схожа. Клетки, похоже, знают, что делать; нам нужно лишь слегка направить их».

— Али Шариати

Наблюдение за самоорганизацией ранней жизни

Клетки эмбриоидов демонстрировали в культуре коллективное поведение, включая вращательную миграцию — упорядоченное движение, подобное полёту птичьей стаи, — в результате чего формировались выразительные ранние эмбриональные структуры.

В отличие от более ранних методов, в которых химические вещества принудительно вызывали образование разных типов клеток, это исследование акцентирует совместное развитие, которое точнее отражает естественное эмбриональное развитие в организме.

«Мы не создаём клетки по отдельности. Мы позволяем им расти вместе и влиять друг на друга, как в настоящем эмбрионе, воссоздавая их биологическую память о соседстве».

— Шариати

Программируемые модели могут раскрыть причины дефектов развития

Главное преимущество этих моделей эмбрионов — высокая программируемость. Исследователи могут изучать самые ранние этапы жизни и целенаправленно включать или выключать гены, чтобы наблюдать, какие изменения вызывают нарушения в типах клеток, организации тканей или во всём эмбрионе.

Это создаёт мощную платформу для моделирования аномалий развития без использования настоящих эмбрионов.

В перспективе технологию можно распространить на другие виды, включая человека, что поможет учёным исследовать, почему ранние человеческие эмбрионы часто не имплантируются или не развиваются. Шариати сказал: «Теперь мы можем яснее видеть узкие места в начале жизни, что крайне важно для повышения успешности репродукции человека».

Источник:

Собрано в интернете