znat_kak (znat_kak) wrote,
znat_kak
znat_kak

Category:

Долю человеческих клеток в химере с мышью подняли до четырех процентов

21:00 13 Май 2020 г.


Американским биологам удалось создать химерные зародыши человека и мыши, в которых доля человеческих клеток составила до четырех процентов. В предыдущих экспериментах клетки человека встраивались в такие зародыши плохо, и их не всегда удавалось обнаружить




Прогресс стал возможен благодаря специальной обработке эмбриональных стволовых клеток человека: исследователи «затормозили» их развитие, синхронизировав их состояние с эмбриональными клетками мыши. В результате человеческие клетки проникли в самые разные органы, от печени до сетчатки. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Химерные зародыши из разных видов млекопитающих — это не только инструмент для изучения эмбрионального развития, но и перспективная биотехнология. Ученые неоднократно предлагали использовать животных как инкубаторы для выращивания человеческих органов. Такие химерные зародыши уже создавали не только для лабораторных организмов — например, мышей и крыс, — но и с участием человеческих клеток.

Так, несколько лет назад были получены химеры человек-свинья, а летом 2019 года испанские ученые заявили о том, что создали в Китае химеру человек-обезьяна. Правда, все эти зародыши уничтожают на ранних стадиях развития, чтобы избежать этических разногласий. И только летом 2019 года японские ученые получили разрешение на то, чтобы не только вводить клетки человека в эмбрион мыши, но также подсаживать химеру в матку беременных мышей.

Проблема состоит вот в чем: на той стадии развития, когда возможно создание химеры, клетки человека и мыши находятся в разных состояниях. Зародыш мыши в этот момент состоит из наивных эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) — они способны дать начало всем зародышевым, а также некоторым внезародышевым тканям. Клетки человека на этой же стадии называют примированными ЭСК — из них внезародышевые ткани не получатся, поскольку они уже начали дифференцировку.

Сейчас известно несколько способов перевести ЭСК человека из примированного состояния в наивное — это, например, химические ингибиторы или экспрессия определенных генов (мы также рассказывали об одном механическом способе). Но во всех этих случаях эффективность встраивания в постимплантационный зародыш невысока: в химерах человек-свинья удалось заметить лишь отдельные клетки человека, а в химерах человек-мышь их практически не удается разглядеть.

Цзянь Фэн (Jiang Feng) из Нью-Йоркского государственного университета в Баффало и его коллеги предложили еще один способ решения проблемы. Дело в том, что наивность мышиных ЭСК может быть связана с диапаузой — состоянием, при котором развитие эмбрионов тормозится на время, пока мать вынашивает или выкармливает предыдущее поколение детенышей. Известно также, что диапаузу у мышиных эмбрионов можно вызвать, если заблокировать белковый комплекс mTOR, который подстегивает клеточный обмен веществ. Поэтому Фэн с коллегами предположил, что можно обработать человеческие ЭСК блокаторами mTOR и тем самым синхронизировать их с клетками в зародыше мыши.

Для начала исследователи проверили, что выбранный ими метод работает. Они разработали протокол с участием распространенного блокатора mTOR — рапамицина, а также альтернативного блокатора — Torin1. Полученные колонии наивных ЭСК экспрессировали все необходимые маркеры и образовывали опухоли (тератомы) при введении в организм мыши, то есть удовлетворяли критериям эмбриональных клеток. При этом их функциональные свойства изменились: например, они стали лучше делиться. В то время как исходная культура примированных ЭСК увеличилась в 10 раз за 6 дней, культура наивных ЭСК — почти в 1000 раз. Изменения затронули также экспрессию генов и уровень метилирования ДНК.

Затем авторы работы ввели наивные ЭСК человека, экспрессирующие зеленый флуоресцентный белок, в мышиные морулы — эмбрионы первых дней развития, которые представляют собой просто группу одинаковых клеток. Из химерных морул развились бластоцисты — клеточные шары с рыхлой массой внутри — причем человеческие клетки светились как во внешнем слое, так и во внутреннем. Далее эти бластоцисты подсадили мышам и полученные эмбрионы забирали на анализ вплоть до 17-го дня развития (отсчет с момента оплодотворения). Исследователей интересовало, в какие ткани смогут встроиться клетки человека. В итоге они были обнаружены как в печени (производное внутреннего зародышевого листка, энтодермы), так и в сетчатке (производное внешнего листка, эктодермы), и даже в сердце и костном мозге (производные среднего листка, мезодермы).


Срез химерного зародыша с разной окраской. Зеленый - клетки человека, синими стрелками отмечены
места интеграции этих клеток в органы зародыша. 1 - сердце, 2 - сетчатка глаза.

Hu et al. / Sci Adv, 2020
​Подсчитав долю общей ДНК человека в химерном зародыше, авторы работы обнаружили, что от 0,14 до 4,06 процентов клеток (в зависимости от конкретного зародыша) были человеческими. По сравнению с предыдущими работами, в которых эти клетки с трудом удавалось обнаружить, здесь можно говорить о стабильном встраивании клеток человека в мышиный зародыш после имплантации.

Чтобы избежать этических споров, исследователи проверили: клетки человека не попали в зачатки половых органов мышей (это одно из строгих ограничений на создание таких химер). Что же касается нервной системы, авторы работы отмечают: хоть отдельные клетки там и были обнаружены, в таком скромном количестве и на таких ранних стадиях они не могли внести существенный вклад в формирование мышиного мозга. Тем не менее, их исследование демонстрирует, что принципиальные трудности в создании химерных зародышей — не столько этические, сколько технические, однако их, в отличие от этических, постепенно удается преодолеть.

Ранее мы рассказывали о том, что ученым удалось получить полноценный зародыш мыши из одной соматической клетки. Зародыши человека, тем временем, удалось культивировать in vitro до стадии более двух недель. А у ранних человеческих эмбрионов обнаружили первые признаки старения.

Полина Лосева

via
Tags: ЗАРОДЫШИ, ТЕХНОЛОГИИ, ХИМЕРЫ
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments