Содержание
Ученые вырастили из стволовых клеток мини-мозг, на котором появились «глаза» — Газета.Ru
Ученые вырастили из стволовых клеток мини-мозг, на котором появились «глаза» — Газета.Ru | Новости
ЕС согласовал новый пакет санкций в отношении России
23:38
Twitter согласилась закрыть сделку по продаже компании с Маском
23:29
Булыкин прокомментировал отказ Сулейманову во въезде в Польшу фразой «закон…
23:27
Захарова назвала позицию Дании по ЧП на «Северных потоках»…
23:22
Пентагон: США считают более целесообразным передавать Украине советские, а не западные…
23:02
В Конгрессе США заявили, что у налогоплательщиков в стране нет денег…
22:58
Тренер Юран назвал «Химки» единственным явным аутсайдером в РПЛ
22:43
FT: Саудовская Аравия и Россия планируют «резкое» сокращение добычи нефти
22:40
Россия заявила об угрозе столкновения самолета Ан-26 с беспилотниками США…
22:38
В кабинете Рамзана Кадырова увидели боксерскую грушу Louis Vuitton
22:28
close
100%
Мини-мозг, выращенный в лаборатории из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, сумел спонтанно развить рудиментарные глазные структуры.
Об этом сообщили германские ученые в статье в журнале Cell Stem Cell.
На крошечных органоидах человеческого мозга, выращенных в чашках Петри в питательной среде, возникали пары так называемых глазных бокалов, соответствующие одному из этапов развития глаз у человеческих эмбрионов. Подобный эффект проявился у 73% органоидов из всех полученных 314. Этот эксперимент поможет ученым лучше понять процессы дифференциации глаз, а также, возможно, отыскать новые подходы к лечению глазных болезней в персонализированной медицине.
«Наша работа выявляет замечательную способность органоидов мозга генерировать примитивные сенсорные структуры, обладающие светочувствительными свойствами и содержащие те же типы клеток, что обнаруживаются в реальном организме, — утверждает нейробиолог Джей Гопалакришнан из Университетской клиники Дюссельдорфа в Германии. — Эти органоиды помогут нам изучить взаимодействия между мозгом и глазом во время развития эмбриона, позволят смоделировать врожденные заболевания глазной сетчатки, а также выращивать нужные типы клеток сетчатки для индивидуального тестирования лекарств и трансплантации».
Органоиды мозга — это, разумеется, не настоящий мозг, а лишь небольшие трехмерные структуры, выращенные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток — то есть из клеток, взятых у взрослых людей и преобразованных в стволовые клетки, которые обладают свойствами эмбриональных и способны развиться в самые разные типы живых тканей.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Картина дня
Военная операция РФ на Украине. День 223-й
Онлайн-трансляция военной спецоперации РФ на Украине — 223-й день
Всемирный банк опубликовал прогноз экономики России, Украины и ЕС на три года
Всемирный банк спрогнозировал снижение ВВП России на 4,5% к концу 2022 года
Владимир Зеленский признал «ничтожными» российские указы о присоединении четырех регионов
Президент Украины Зеленский подписал указ о непризнании вхождения новых регионов в состав РФ
В Белом доме подтвердили, что Байден намерен переизбираться в 2024 году
СК РФ потребовал арестовать бывшего редактора Первого канала Овсянникову
Жилец рассказал, что к дому в Москве, в котором не могут сменить управляющую компанию, стянута полиция
Экс-депутата Максима Каца внесли в базу сайта «Миротворец»
Новости и материалы
ЕС согласовал новый пакет санкций в отношении России
Twitter согласилась закрыть сделку по продаже компании с Маском
Булыкин прокомментировал отказ Сулейманову во въезде в Польшу фразой «закон превыше всего»
Захарова назвала позицию Дании по ЧП на «Северных потоках» «гадкой» и «противозаконной»
Пентагон: США считают более целесообразным передавать Украине советские, а не западные танки
В Конгрессе США заявили, что у налогоплательщиков в стране нет денег на помощь Украине
Тренер Юран назвал «Химки» единственным явным аутсайдером в РПЛ
FT: Саудовская Аравия и Россия планируют «резкое» сокращение добычи нефти
Россия заявила об угрозе столкновения самолета Ан-26 с беспилотниками США в Сирии
В кабинете Рамзана Кадырова увидели боксерскую грушу Louis Vuitton
Депутат Госдумы попросил ФСБ проверить РФС из-за позиции по клубам из Крыма
Всемирный банк предупредил Европу о нехватке энергоносителей зимой
Microsoft добавит встроенный VPN-сервис в свой браузер Edge
WSJ: ЕС может утвердить потолок цен на нефть из России в два этапа
В США заявили, что ждут «серьезного предложения» от России по обмену заключенными
Власти Омской области заявили о нехватке средств для выплат мобилизованным
Снимки телескопа James Webb улучшили, добавив рентгеновское «зрение»
Додон заподозрил президента Молдавии Санду в предательстве
Все новости
СК проверяет, могли ли убить Бориса Моисеева.
Прах певца уже захоронили
Mash: следователи ищут признаки насильственной смерти Бориса Моисеева
«Три раза за пять минут бахнуло на весь город». Что за «взрывы» услышали в Калуге, Туле и Рязани
Калужский губернатор Шапша объяснил хлопки 4 октября пролетом сверхзвуковых самолетов
«Разовая акция»: задаст ли Макрон моду на водолазки
Стилист Демченко оценила появление Макрона в водолазке ради экономии электроэнергии
«Были холопами, стали рабами». Пугачева не стала церемониться с хейтерами
Певица Алла Пугачева резко ответила на критику ее отъезда из России
Готика, эротика и постковид: каким получился сериал «Интервью с вампиром»
Рецензия на сериал «Интервью с вампиром» со звездой «Игры престолов» Джейкобом Андерсоном
«Право на полное прекращение поставок».
«Газпром» пригрозил Молдавии
«Газпром» пригрозил прекратить поставки Молдавии из-за проблем с оплатой
«Женщина, жизнь, свобода». На протестах в Иране погибли более 100 человек
Референдум под защитой. Как новейшие РЛС охраняли голосование в Донбассе
Источник РИА «Новости» рассказал о работе новейших РЛС во время референдума в ДНР
«Ах, Беларусь бы не вступила в войну». Как Минск участвует в спецоперации на Украине
Лукашенко заявил, что Белоруссия участвует в СВО на Украине, но не направляет туда военных
Распутать квантовую запутанность: за что дали «Нобеля» по физике
Эксперты по квантовым технологиям объяснили, за что присуждена Нобелевская премия по физике
Киев официально отказался от переговоров с Путиным.
Зеленский подписал указ
Песков: в Кремле готовы к переговорам со следующим президентом Украины
«В Вооруженные силы прибыли свыше 200 тысяч человек». Шойгу — о ходе мобилизации
Глава Минобороны Шойгу: в ВС РФ в рамках частичной мобилизации прибыли 200 тыс. человек
«Поезд секретной ядерной дивизии направляется на Украину». К чему готовится НАТО
The Times: в НАТО утверждают, что Россия может провести ядерные испытания в Черном море
Юлия Меламед
И желает вам приятного полета
О последней волне отъезда из РФ
Георгий Бовт
Невыученный урок истории
О том, как октябрьские события 1993 года «замели под ковер»
Мария Дегтерева
Паникеры паникуют
О том, как спастись от истерики в соцсетях
Дмитрий Воденников
Кошенька, это очень важно
О двух таких разных судьбах
Дмитрий Самойлов
Шум времени
О роли искусства в борьбе со стрессом
—>
Читайте также
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Ученые вырастили «мини-мозг» для исследования лобно-височной деменции
1333
Добавить в закладки
За 240 дней исследователи из Кембриджского университета (Великобритания) вырастили в лаборатории «мини-мозг», который позволит им изучать заболевания двигательных нейронов и разработать новые варианты их лечения, сообщает пресс-служба вуза.
Подробно о результатах исследования написано в журнале Nature Neuroscience.
Распространенная форма заболевания двигательных нейронов, боковой амиотрофический склероз, часто развивается вместе с лобно-височной деменцией (БАС / ЛВД) и может поражать человека даже в возрасте 40–45 лет. Эти состояния вызывают симптомы мышечной слабости с изменениями памяти, поведения и личности. Возможность выращивать небольшие органоподобные модели (органоиды) мозга позволяет исследователям понять, что происходит на самых ранних стадиях БАС / ЛВД, задолго до появления симптомов, и проверить работу потенциальных лекарств.
Обычно, создавая «мини-органы» исследователи берут клетки с кожи пациента и перепрограммируют их обратно на стадию стволовых клеток – очень раннюю стадию развития, на которой они могут превратиться в большинство типов клеток. Затем их можно выращивать как объемные кластеры, имитирующие определенные элементы органа. Поскольку многие заболевания частично вызваны дефектами нашей ДНК, этот метод позволяет исследователям увидеть, как клеточные изменения, часто связанные с этими генетическими мутациями, приводят к болезням.
Ученые из Центра восстановления мозга Джона ван Геста Кембриджского университета использовали стволовые клетки, полученные от пациентов, страдающих БАС / ЛТД, чтобы вырастить органоиды головного мозга. Эти модели напоминают части коры головного мозга человека с точки зрения этапов развития эмбриона и плода, трехмерной архитектуры, разнообразия типов клеток и межклеточных взаимодействий.
Хотя это не первый раз, когда ученые выращивают мини-мозг пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, сейчас ученым удалось вырастить органоиды относительно быстро – за 240 дней (раньше на это уходило более 300 суток). И эти мини-органы несут в себе самую распространенную генетическую мутацию при БАС / ЛТД, что раньше было невозможно.
В то время как органоиды обычно выращивают в виде клубков клеток, в этой работе ученые создали срезы органоидов, полученные из клеток пациентов. Этот метод гарантировал, что большинство клеток в модели могли получать питательные вещества, необходимые для поддержания их жизни.
«Когда клетки сгруппированы в более крупные сферы, эти клетки в ядре могут не получать достаточного питания, что может объяснить, почему в предыдущих попытках вырастить органоиды в долгосрочной перспективе из клеток пациентов было трудно», – отмечают авторы работы.
Используя новый подход, исследователи наблюдали изменения, происходящие в клетках органоидов на очень ранней стадии, включая клеточный стресс, повреждение ДНК и изменения в том, как ДНК транскрибируется в белки. Эти изменения затронули нервные клетки и другие клетки мозга, известные как астроглия, которые регулируют движения мышц и умственные способности.
На полученной модели мозга ученые также смогли проверить препарат GSK2606414. Как показал анализ, он эффективно может облегчить общие клеточные проблемы при БАС / ЛТД, включая накопление токсичных белков, клеточный стресс и потерю нервных клеток, тем самым блокируя один из путей, способствующих заболеванию. Подобные препараты, которые больше подходят в качестве лекарств и одобрены для использования людьми, сейчас проходят клинические испытания.
[Фото: ANDRAS LAKATOS/UNIVERSITY OF CAMBRIDGE]
Татьяна Матвеева
боковой амиотрофический склероз
мини-органы
стволовые клетки
нейродегенеративные расстройства
лобно-височная деменция
заболевания двигательных нейронов
Источник:
www.cam.ac.uk
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
Россия-1 о лауреатах Нобелевской премии по физике 2022
21:45 / Физика
Профессор Сергей Кулик о Нобелевской премии по физике за 2022 год
20:00 / Наука и общество, Физика
В Институте космических исследований РАН прошел День космической науки
18:00 / Астрономия, Астрофизика, Космология, Космонавтика
Ученым вручили премии Правительства РФ в области образования
17:45 / Наука и общество, Образование
Лекторий и мастер-классы РНФ в Зарядье на Фестивале НАУКА 0+
17:30 / Наука и общество
В зоологическом музее МГУ появились очень редкие трихоплаксы
15:49 / Биология, География, Науки о земле
В Салехарде стартовало мероприятие-спутник Конгресса молодых ученых
14:37 / Наука и общество
Ученые выяснили вкусовые предпочтения азиатского морского окуня
13:30 / Биология
Нобелевскую премию по физике 2022 присудили за новаторство в квантовой информатике
13:15 / Наука и общество, Физика
Обнаружить раковую опухоль поможет фотопротеин гребневика
12:30 / Биология, Медицина
Памяти великого ученого.
Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
Смотреть все
Ученые вырастили еще одну партию искусственных мышиных эмбрионов
Биология
На мышах
Сложность
3.4
Amadei et al. / Nature, 2022
Эмбриологи снова вырастили зародышей мыши вне организма матери. Недавно группа израильских ученых уже провела похожий эксперимент и дорастила мышат до восьмого дня развития.
Теперь британцы получили примерно такой же результат — и заодно проверили, что израильская система культивирования зародышей ex utero работает. Искусственные мышата вышли во многом похожие на настоящих, у них даже бьется аналог сердца — хотя он, как и некоторые другие органы, получился недоразвитым. Неотредактированная версия статьи предварительно опубликована на сайте журнала Nature.
В 2021 году биологи из Института имени Вейцмана в Израиле вырастили эмбрионы мыши в искусственной матке. Точнее, матку ученые заменили на вращающийся сосуд, в который подавали кислород и питательную жидкость. А сами эмбрионы вырезали из матки реальных мышей через несколько дней после оплодотворения — то есть их развитие не было полностью автономным.
Чтобы сделать производство мышей на 100 процентов «лабораторным», осталось научиться доращивать эмбрионы до «рождения», а еще создавать их с нуля, не прибегая к помощи сперматозоидов, яйцеклеток и материнского организма. Но это пока ученые умеют не очень хорошо (мы рассказывали о таких экспериментах в тексте «Здравствуй, гхола»).
Проблема возникает не с самими тканями зародыша, а с тем, что находится вокруг них. В первые дни развития, прямо перед имплантацией, в эмбрионе появляется внезародышевая ткань — она будет отвечать за связь с организмом матери, образовывать зародышевые оболочки и направлять развитие самого зародыша. И вот эту самую первую ткань (трофобласт) оказалось довольно непросто получить.
Недавно та же самая израильская группа ученых решила эту проблему так: они взяли культуру эмбриональных клеток, разделили на три части и две из них превратили в два типа внезародышевых клеток. А потом собрали все три типа клеток в синтетический эмбрион и с помощью своей методики дорастили его до восьмого дня развития. Дальше эмбрионы развиваться не смогли, и ученым еще предстоит выяснить, что с ними произошло.
Теперь израильтяне объединили усилия с группой британских эмбриологов из Кембриджского университета под руководством Магдалены Зерницки-Гётц (Magdalena Zernicka-Goetz), которая уже несколько лет работает над созданием искусственных эмбрионов.
Ее методика в целом похожа на израильскую: в этом случае эмбрион тоже собрали из трех клеточных типов. И эти типы были те же самые: эмбриональные клетки (из которых получаются собственные ткани зародыша), трофобласт (основная внезародышевая ткань) плюс внезародышевая эндодерма (еще одна внезародышевая ткань, которую можно получить, запустив в эмбриональных стволовых клетках ген Gata4).
Ученые поместили все эти клетки в одну чашку, где те сформировали эмбрион. К пятому дню синтетические зародыши вовсю проходили гаструляцию (о том, чем примечателен этот этап развития, мы писали в тексте «14 дней спустя»). После этого ученые дальше воспользовались системой выращивания эмбрионов вне матки, которую им предоставили израильские коллеги, чтобы дать зародышам возможность развиться дальше. Еще пару дней эмбрионы провели в статичной культуре, а после 7 дня развития их перенесли во вращающийся сосуд, где они дожили до стадии, аналогичной 8,5 дня развития обычной мыши.
Обычные эмбрионы (до 5 дня жили в организме матери, а потом их перенесли в культуру) и искусственные зародыши
Amadei et al.
/ Nature, 2022
Поделиться
На этой стадии исследователи разглядели в искусственных эмбрионах все, что тем положено было себе отрастить: длинное тело с нервными складками (будущим мозгом) на голове и хвостом с другой стороны, внутри билось будущее сердце, а снаружи зародыши были укутаны в оболочки (аллантоис и желточный мешок). Дальше авторы эксперимента взялись проверять, насколько искусственные эмбрионы получились похожими на настоящие по разным признакам.
«Удачные» (слева) и «неудачные» (справа) искусственные зародыши
Amadei et al. / Nature, 2022
Поделиться
Разобрав зародыши на отдельные клетки, ученые отсеквенировали их РНК, чтобы определить, к каким типам они относятся. Всего в обычном эмбрионе они нашли 26 клеточных типов, и все они встречались и у искусственного. Они также проверили неудачные искусственные эмбрионы — те, что остановились в развитии на шестой или восьмой день. Но существенных различий в наборе клеточных типов со «здоровыми» эмбрионами не заметили. И заключили, что то ли дело в недостаточной чувствительности метода, то ли в морфологических аномалиях, которые тормозят развитие, несмотря на корректную работу генов.
Нервная система у обычных и искусственных эмбрионов развивалась похоже — хотя у последних хуже экспрессировался ген Otx2, который отвечает за разметку мозга.
Формирование нервной системы у обычных (E8.0) и искусственных (ETiX8) зародышей. a — вид с головы, b — вид со спины, c — вид сбоку. Sox1 и Sox2 — маркеры нервной ткани, DAPI — любые клетки, Otx2 — маркер передних и средних частей мозга, FoxG — маркер передней части мозга. В ракурсе со спины видны складки головного мозга, напоминающие уши, и двойная полоска нервных складок вдоль тела
Amadei et al. / Nature, 2022
Поделиться
Внутри туловища нашлись сомиты — сегменты, из которых развиваются скелет и мышцы. На месте были и клетки, из которых должно было образоваться сердце. Они даже сформировали бьющийся мешочек, но по размерам и структуре он выглядел явно недоразвитым.
Сердце и сомиты: a, b, g, h — вид сбоку, c, d — вид со спины. a, b — видны предшественники мезодермы (промежуточного слоя тела, фиолетовый) и нервных клеток (желтый). c, d — видны сомиты (сегменты, выделены рамкой). g,h — видно сердце (выделено рамкой), которое у искусственных зародышей отличается по форме от положенного
Amadei et al. / Nature, 2022
Поделиться
Еще глубже внутри тела ученые обнаружили зачатки кишечника — но у искусственных зародышей он был тоже развит хуже, чем у обычных.
Когда исследователи делили эмбрион на клеточные типы, они поначалу не могли найти предшественников половых клеток. А вот при окрашивании срезов на характерные маркеры эти предшественники нашлись, там, где и положено. Судя по всему, их было просто слишком мало, чтобы заметить их при массовом секвенировании.
Предшественники половых клеток в эмбрионах мыши: они окрашиваются на характерные маркеры (рыжий и бирюзовый), белым здесь окрашены любые клетки
Amadei et al. / Nature, 2022
Поделиться
Наконец, нашлись и различия в зародышевых оболочках: хотя желточный мешок был на месте, клетки хориона (самой внешней из оболочек) получились не похожими на таковые у обычных эмбрионов. Здесь, возможно, сказалось отсутствие стенки матки, с которой хорион обычно взаимодействует.
Таким образом, Зерницка-Гётц и ее коллеги дополнительно проверили метод выращивания зародышей ex utero и подтвердили, что он работает, а эмбрионы получаются похожими на настоящие. В заключение к статье они замечают, что нет оснований считать, что эмбрионы не получится выращивать еще дольше — просто придется дорабатывать условия культивирования.
Руководитель израильской группы Якоб Ханна заявил, что дальше планирует экспериментировать с искусственными зародышами человека. Из-за этических и законодательных ограничений, с ними прогресс пока ушел не так далеко: например, мы рассказывали, как синтетический эмбрион человека заставили импланироваться в пробирке.
Полина Лосева
Читайте также
Австралийцы переоткрыли считавшегося вымершим таракана с острова Лорд-Хау
Нобелевскую премию по физиологии или медицине присудили за изучение древних людей
Астрономы нашли следы вещества первых сверхновых в далеком квазаре
Бог играет в эти игры
Что доказали лауреаты Нобелевской премии по физике 2022 года
Новости
Новости
Искать по названию:
Международное сотрудничество
Молодежная политика
Наука
Наука и образование
Новости Министерства
Образование
Искать по дате:
2020
2021
2022
сбросить фильтр
4
октября
Глава Минобрнауки России встретился с Послом Республики Таджикистан в РФ
Глава Минобрнауки России Валерий Фальков и Посол Республики Таджикистан в РФ Давлатшох Гулмахмадзода обсудили развитие научно-технологического и образовательного сотрудничества двух стран.
Новости Министерства
4
октября
В Астане прошло заседание Совета по сотрудничеству в области образования государств-участников СНГ
Участники заседания обсудили вопросы образования, признания частичных квалификаций в системе профессионально-технического и среднего специального образования, сопоставления систем государственной научной аттестации в государствах-участниках СНГ, деятельности Сетевого университета СНГ и развития образовательного пространства Содружества в области подготовки квалифицированных рабочих и специалистов. Российскую делегацию на мероприятии представил заместитель Министра науки и высшего образования Российской Федерации Дмитрий Афанасьев.
Международное сотрудничество
4
октября
«От учителя к ученому. Дорогами гражданственности»: завершилась презентация программы конкурса «Моя страна – моя Россия»
В гибридном формате состоялась презентация Всероссийской просветительской экспедиции «От учителя к ученому. Дорогами гражданственности», приуроченной к 20-летию Всероссийского конкурса «Моя страна — моя Россия», одного из проектов президентской платформы «Россия — страна возможностей». На мероприятии обсудили промежуточные итоги заявочной кампании, критерии оценивания и маршрут Экспедиции, которая начнется в 2023 году.
Молодежная политика
4
октября
Премии Правительства Российской Федерации в области образования получили сотрудники подведомственных организаций Минобрнауки России
Премьер-министр Российской Федерации Михаил Мишустин вручил премии и почетные грамоты Правительства России в области образования. В торжественной церемонии принял участие глава Минобрнауки России Валерий Фальков.
Новости Министерства
4
октября
Томские студенты обнаружили большое средневековое захоронение
В городе Таре Омской области нашли могильник, включающий более 90 захоронений. Это самая крупная находка, обнаруженная в этом раскопе. Работа выполнена студентами подведомственного Минобрнауки России Томского государственного университета (ТГУ).
Наука
4
октября
В Чечню на фестиваль культуры и творчества народов России приехали 120 студентов из 16 регионов
В Грозненском государственном нефтяном техническом университете имени академика М. Д. Миллионщикова (ГГНТУ) прошел фестиваль культуры и творчества народов России «Наследие». В нем приняли участие 120 студентов от 18 до 23 лет из 16 регионов страны: Москвы, Удмуртии, Дагестана, Республики Северная Осетия — Алания, Ставропольского края, Кабардино-Балкарской Республики, Тюменской, Челябинской, Свердловской, Орловской, Курской, Липецкой, Волгоградской областей и др.
Международное сотрудничество
3
октября
Российские вузы помогут отечественному автопрому в разработке новых технологий
После ухода зарубежных компаний с российского рынка у отечественного автопрома возник недостаток технических компонентов. Обеспечить суверенитет автомобильной отрасли страны и решить задачу импортозамещения компонентов производителям легковых и грузовых машин помогут ученые и студенты университетов. Вузы заключают соглашения с индустриальными партнерами о проведении научно-технических и опытно-конструкторских работ и создают профильные передовые инженерные школы.
Новости подведомственных учреждений
3
октября
Ученые предложили метод очищения болотных лугов от радиоактивных загрязнений
Способы очищения почв от радиоактивных загрязнений широко известны и разработаны, главным образом для земель сельскохозяйственного назначения. Российские ученые провели исследования почв болотных пастбищных лугов, которые по своим свойствам существенно отличаются от типичных почв, используемых в сельском хозяйстве, и предложили эффективные методы их очищения.
Наука
3
октября
Ученым удалось создать «зеленый» метод производства перовскитов для 3D-печати
Российские исследователи придумали новый метод изготовления композита на основе перовскита, который можно применять в области аддитивного производства. Полученные из него материалы остаются стабильными в изменяющихся условиях окружающей среды — ранее именно нестабильность наноматериалов перовскитов не позволяла их использование для 3D-печати.
Наука
В лаборатории вырастили мини-мозг с глазами
18 августа 2021
16:07
Наталия Теряева
Около 72 процентов органоидов мозга образовали зрительные пузырьки – выступающие из переднего мозга эмбриона мешочки, из которых впоследствии развиваются глаза.
Фото Cell.com.
Примерно на 30-й день жизни органоиды мозга конструируют зрительные пузырьки, которые постепенно развиваются в видимые структуры в течение следующих 60 дней.
Иллюстрация Cell Stem Cell.
Ученые сделали поразительный прорыв в выращивании мини-органов в лабораторных условиях. Они вырастили органоиды мозга, из которых образовались структуры глаза, способные видеть свет.
Команда ученых из нескольких немецких университетов вырастила органоид мозга – мини-версию мозга. Органоид затем сам «сконструировал» зрительные пузырьки, из которых развились клетки тканей глаза. Статью об этом исследователи опубликовали в научном журнале Cell Stem Cell.
Напомним, органоидом называют миниатюризированный и упрощенный вариант органа, выращенный в пробирке в трехмерном виде. Органоиды выращивают из стволовых клеток, которые обладают способностью превращаться в клетки разных тканей и органов.
Для создания органоидов мозга исследователи использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Чтобы их получить, клетки кожи взрослых доноров с помощью «перепрограммирования» генов превращают в стволовые плюрипотентные – то есть те, из которых можно вырастить клетки любого органа.
К примеру, для выращивания мини-мозга плюрипотентные стволовые клетки помещают в культуру, которая имитирует среду развивающегося мозга. Конечным результатом является трехмерная модель мозга размером с горошину, которую можно использовать для изучения развития мозга, его болезней или воздействия лекарств на него.
Органоиды мозга немецкие исследователи вырастили из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток от четырех доноров. Таким образом удалось получить 314 органоидов мозга.
Около 72 процентов органоидов мозга образовали зрительные пузырьки – выступающие из переднего мозга эмбриона мешочки, из которых впоследствии развиваются глаза. Эти структуры начали появляться через 30 дней жизни мини-мозга и созревали в течение 60 дней. Они росли симметрично, парой, как в настоящем мозге эмбриона.
Но самое главное, эти зрительные пузырьки имели функции настоящего глаза. Они содержали разнообразные типы клеток сетчатки, которые формировали нейронные сети, реагировали на свет и посылали эти сигналы в мозг. В зрительных пузырьках органоида мозга формировалась также ткань хрусталика и роговицы.
Эти глазоподобные структуры в органоидах мозга исследователи назвали в своей научной статье органоидами глаза.
«Наша работа подчеркивает замечательную способность органоидов мозга генерировать примитивные сенсорные структуры, которые являются светочувствительными и содержат типы клеток, подобные тем, которые находятся в организме, – говорит Джей Гопалакришнан (Jay Gopalakrishnan) из Университета Дюссельдорфа, ведущий автор исследования. – Эти органоиды могут помочь изучить взаимодействие мозга и глаза во время эмбрионального развития, моделировать врожденные нарушения устройства сетчатки и генерировать специфические для пациента типы клеток сетчатки для персонализированного тестирования лекарств и трансплантационной терапии».
Правда, на пути реализации это прекрасного сценария стоит важное препятствие. Исследования органоидов мозга имеют свои этические ограничения. Пока выращенные в пробирке образцы мини-мозга остаются очень примитивными, считается, что они не обладают каким бы то ни было сознанием. Но если ученые создадут более совершенную структуру, близкую к настоящему человеческому мозгу, вполне возможно, что органоиды будут обладать какими-то формами сознания.
Так, предыдущие исследования уже обнаруживали мозговые волны внутри двухмесячных органоидов, и они оказались примерно эквивалентными таковым у недоношенных детей.
Сенсорная информация, такая как зрение, может быть ключевым компонентом сознания мозга, выращенного в пробирке. Это проблема, которая выходит за пределы просто научного знания.
Добавим, что ранее мы писали, как из стволовых клеток ученые впервые получили мышиный эмбрион с бьющимся сердцем и как здоровые стволовые клетки удалось вырастить «на бумаге». А еще мы рассказывали о том, как стволовые клетки вернули людям подвижность.
Больше интересных новостей науки и медицины вы найдёте в разделе «Наука» и «Медицина» на медиаплатформе «Смотрим».
наука
мозг
стволовые клетки
этика
общество
эмбрионы
новости
Ранее по теме
Синтетический организм: эмбрионы впервые вырастили без половых клеток
Найден «выключатель» выпадения волос, который обратит облысение вспять
Молекулярная машина времени: клетки кожи удалось омолодить на 30 лет
Паралич побеждён: помог искусственный спинной мозг
Мышиный эмбрион с бьющимся сердцем впервые получили из стволовых клеток
Здоровые стволовые клетки удалось вырастить «на бумаге»
Органы из пробирки: что уже умеют выращивать
Главная >
Новости >
Органы из пробирки: что уже умеют выращивать
Возможность вырастить человеческий орган в пробирке и пересадить его человеку, нуждающемуся в пересадке — мечта трансплантологов. Легкие. Ученые из Техасского университета вырастили легкие человека в биореакторе. Правда, без кровеносных сосудов такие легкие не функциональны. Однако команда ученых из Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center, New York) недавно впервые в мире получили функциональное легкое с перфузируемой и здоровой сосудистой системой у грызунов ex vivo. Ткани сердечной мышцы. Биоинженерам из университета Мичигана удалось вырастить в пробирке кусок мышечной ткани. Правда, полноценно сердце из такой ткани пока работать не сможет, она вдвое слабее оригинала. Кости. Израильская биотехнологическая компания Bonus BioGroup использовалат трехмерные сканы для создания гелеобразного каркаса кости перед посевом стволовыми клетками, взятыми из жира. Кости, получившиеся в результате, они успешно пересадили грызунам. Уже планируются эксперименты по выращиванию человеческих костей по этой же технологии. Ткани желудка. Ученым под руководством Джеймса Уэллса из Детского медицинского клинического центра в Цинциннати (Огайо) удалось вырастить «в пробирке» трехмерные структуры человеческого желудка при помощи эмбриональных стволовых клеток и из плюрипотентных клеток взрослого человека, перепрограммированных в стволовые. Эти структуры оказались способны вырабатывать все необходимые человеку кислоты и пищеварительные ферменты. Японские ученые вырастили глаз в чашке Петри. Искусственно выращенный глаз содержал основные слои сетчатки: пигментный эпителий, фоторецепторы, ганглионарные клетки и другие. Ученые из корпорации Genentech вырастили простату из одной клетки. Молекулярным биологам из Калифорнии удалось вырастить целый орган из единственной клетки. Сердечные клапаны. Швейцарские ученые доктор Саймон Хоерстрап (Simon Hoerstrup) и Дорта Шмидт (Dorthe Schmidt) из университета Цюриха (University of Zurich) смогли вырастить человеческие сердечные клапаны, воспользовавшись стволовыми клетками, взятыми из околоплодной жидкости. Ушная раковина. Используя стволовые клетки, ученые вырастили ухо человека на спине крысы. Эксперимент был проведен исследователями из Университета Токио (University of Tokyo) И Университета Киото (Kyoto University) под руководством Томаса Сервантеса (Thomas Cervantes). Кожа. Ученые из Цюрихского университета (Швейцария) и университетской детской больницы этого города впервые сумели вырастить в лаборатории человеческую кожу, пронизанную кровеносными и лимфатическими сосудами. Полученный кожный лоскут способен почти полностью выполнять функцию здоровой кожи при ожогах, хирургических дефектах или кожных болезнях. Поджелудочная железа. Ученые впервые создали васкуляризованные островки поджелудочной железы, способные вырабатывать инсулин. Еще одна попытка вылечить диабет I типа. Почки. Ученые из австралийского университета Квинсленда научились выращивать искусственные почкииз стволовых клеток кожи. Печень. Биологи сразу нескольких стран заявили о том, что смогли вырастить полноценный аналог печени, способный очищать кровь от токсинов и выполнять другие функции этого органа. Для этого ученые использовали стволовые клетки и «заготовки» из стволовых клеток. Эти разработки параллельно велись в Японии, Америке и России. Мочевой пузырь. Группа американских ученых под руководством Энтони Аталы (Anthony Atala) вырастила в лаборатории человеческие мочевые пузыри, полностью готовые к пересадке, из образцов собственных тканей пациентов. Те же ученые вырастили мочеиспускательные каналы для пациентов, у которых они были повреждены. Кроме того, ученые уже научились выращивать хрящевые ткани, ткани скелетных мышц и костей, ткани гипофиза, тимуса, а также ткани, функционирующие аналогично тканям человеческого мозга. Юлия Бондарь Источник: medportal. |
ISSN 2588-0519 (Print)
ISSN 2618-8473 (Online)
Ученые создали механическую матку, которая может вырастить жизнь в лаборатории любой обычный человек (хотя и с ограниченным сроком жизни). Их изобретение считается колоссальным достижением науки (и основой довольно запутанного общества).
Но за пределами киноэкрана нам еще предстоит приблизиться к тому, чтобы создать какой-либо организм — не говоря уже о человеке — полностью с нуля. До нынешнего момента.
В исследовании, опубликованном в прошлом месяце в журнале Nature , ученые из США, Великобритании и Израиля успешно создали синтетический эмбрион мыши без использования каких-либо яйцеклеток или сперматозоидов. Вместо этого они использовали набор стволовых клеток.
По сравнению с естественными эмбрионами, созревающими вместе с ними, эти выращенные в лаборатории аналоги приобрели сходные черты, наблюдаемые почти через девять дней после оплодотворения, такие как бьющееся сердце, мозг на очень ранней стадии и кишечная трубка — до того, как они резко остановили рост.
«По сути, главный вопрос, который мы решаем в лаборатории, заключается в том, как мы начинаем свою жизнь?» сказала Магдалена Зерницка-Гетц, ведущий исследователь исследования и биолог стволовых клеток в Кембриджском университете и Калифорнийском технологическом институте, во время брифинга для прессы.
Заглянем в «черный ящик»
Исследователям из Института науки Вейцмана в Израиле удалось вырастить в лаборатории синтетические (слева) и натуральные (справа) эмбрионы. Амадей и Хэндфорд
Когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, слияние запускает каскад изменений, которые заставляют одну клетку размножаться, специализироваться и организовываться в отдельные типы клеток, ткани, органы и другие структуры, составляющие целостный организм.
В течение последних нескольких десятилетий ученые пытались воссоздать модели эмбрионального развития в лаборатории, чтобы узнать, как первичный феномен протекает в режиме реального времени. Но этот подвиг оказался чрезвычайно сложным. В конце концов, мы не можем просто заглянуть в живую матку в лаборатории, чтобы непосредственно наблюдать за происходящим под микроскопом.
В частности, исследователи не знают, что именно происходит в утробе матери между 14 днями и месяцем развития, говорит Макс Уилсон, молекулярный биолог из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, не участвовавший в исследовании.
В этот таинственный период строится мозг и закладывается сердце. «Это называется «черный ящик» человеческого развития, — объясняет он.
На разработку этого устройства ушло семь изнурительных лет.
Недавние попытки распутать эти загадки включали превращение человеческих эмбриональных стволовых клеток в бластоцисты, тонкостенные полые шарики из делящихся клеток, дающие начало эмбриону во время естественного развития.
Этот «бластоидный» метод не совсем приблизил ученых к пониманию того, как клетки самоорганизуются и превращаются в органы. Но в 2021 году исследователи из Института науки Вейцмана в Израиле, которые также работали над новым исследованием Nature , разработали своего рода механическую матку (представьте себе аквариум с аксолотлем в стиле Dune Фрэнка Герберта).
На разработку этого устройства ушло семь изнурительных лет. Он включал в себя инкубатор, который плавал и вращал эмбрионы в пузырьках, наполненных специальной, богатой питательными веществами жидкостью. Тем временем вентилятор подавал кислород и углекислый газ, тщательно контролируя поток и давление газов.
С помощью этой установки исследователям Вейцмана удалось заставить синтетические эмбрионы мышей, полученные из стволовых клеток, процветать в своей искусственной маме в течение примерно шести дней — до тех пор, пока им не удалось продлить его еще больше, согласно исследованию, опубликованному ранее в этом месяце в журнале Cell. .
Эмбрионы подвергались гаструляции (когда ранний эмбрион превращается в многослойную структуру) в течение восьми с половиной дней, но затем остановились по неизвестным причинам. (Беременность мыши длится около 20 дней.)
Но эксперимент не был полностью провальным. Это поставило грандиозную задачу перед последним исследованием: показать, что эмбрионы млекопитающих можно выращивать вне матки.
Как вырастить ребенка
Зерницка-Гетц и ее коллеги использовали эмбриональные стволовые клетки, а также те, которые дают начало плаценте и желточному мешку, для выращивания синтетических эмбрионов. Хосе А. Бернат Басете/Moment/Getty Images
Зерницка-Гетц, один из авторов нового Nature , провела последнее десятилетие, изучая способы разработки синтетических эмбрионов. Она сказала, что ее лаборатория изначально использовала только эмбриональные стволовые клетки для имитации раннего развития.
Но в 2018 году она и ее коллеги обнаружили, что если добавить две другие стволовые клетки, дающие начало плаценте (органу, обеспечивающему питательные вещества и удаляющему отходы) и желточному мешку (структуре, обеспечивающей питание на раннем этапе развития), , эмбрионы были лучше подготовлены к самосборке.
Вот что касается науки: всегда есть конкуренция. После своей статьи Nature в 2018 году команда Церницкой-Гетц была удивлена, когда группа Вейцмана представила систему инкубатора-вентилятора, а также более поздние эксперименты по созданию эмбрионов без спермы или яйцеклеток — как они и пытались.
Но наука — это еще и сотрудничество. Две группы в конце концов объединились, чтобы посмотреть, может ли объединение их методов привести к созданию жизненно важного золотого билета.
Результаты были впечатляющими: Зерницка-Гетц и ее коллеги наблюдали, как искусственно выращенные клетки превращаются в синтетические «эмбриоиды» без каких-либо внешних модификаций или указаний.
У модели эмбриона развились голова и сердце — части тела, которые исследователи никогда не могли изучать in vitro.
По сравнению с естественными эмбрионами мыши, выращенными отдельно, эти эмбриональные мыши прошли те же стадии развития в течение восьми с половиной дней после оплодотворения (точно так же, как в более ранней работе группы Вейцмана), что эквивалентно 14-му дню эмбрионального развития человека. .
Модель эмбриона развила голову и сердце — части тела, которые исследователям никогда не удавалось изучить в пробирке, — сказала Зерницка-Гетц.
«Это действительно первая демонстрация переднего мозга в любых моделях эмбрионального развития, и это стало Святым Граалем для этой области», — сказал соавтор Дэвид Гловер, профессор-исследователь биологии и биологической инженерии в Калифорнийском технологическом институте, во время конференции. пресс-брифинг.
Команда Церницкой-Гетц также поработала с геном под названием Pax6, который, по-видимому, играет ключевую роль в развитии и функционировании мозга. После удаления Pax6 из ДНК стволовых клеток мыши с помощью CRISPR Зерницка-Гетц и ее коллеги заметили, что головы этих синтетических эмбрионов развивались неправильно, имитируя то, что наблюдается, когда у естественных эмбрионов отсутствует этот ген.
У человека редкие мутации или делеции Pax6 могут привести к аномальному развитию плода и смерти. Они также могут вызывать состояния, такие как аниридия (отсутствие цветной части глаза, радужной оболочки) или аномалия Петерса, которая препятствует развитию таких структур глаза, как роговица.
Шанс на синтетическую жизнь?
Изготовление синтетических эмбрионов из стволовых клеток человека может оказаться сложной технической (и этической) проблемой. Westend61/Westend61/Getty Images
Подробный взгляд на раннее эмбриональное развитие может быть благом для здоровья человека. Например, это может помочь ученым понять, почему многие беременности, зачатые естественным путем или с помощью вспомогательных репродуктивных средств, терпят неудачу в раннем триместре.
Зерницка-Гетц сказала, что исследование может также продвинуть регенеративную медицину. Это могло бы помочь ученым научиться делать жизнеспособные, полнофункциональные замещающие органы для пациентов, перенесших трансплантацию, с использованием их собственных стволовых клеток (потенциально устраняя необходимость в пожизненном использовании иммунодепрессантов).
В настоящее время у нас есть широкое понимание органогенеза — или развития органа от эмбриона до рождения — но мы не знаем всех микроскопических этапов и клеточных взаимодействий, кульминацией которых становится полноценный функциональный орган.
Модельная система может помочь в разработке новых лекарств: она может показать, какие лекарства безопасно принимать во время беременности, не нанося вреда плоду. По словам Зерницка-Гетц, теперь исследователи могут протестировать их на синтетических эмбрионах.
«Это прогресс, но на очень ранней стадии развития, редкое событие, которое, хотя внешне похоже на эмбрион, имеет дефекты, которые не следует упускать из виду», — Альфонсо Мартинес Ариас, биолог-эволюционист из Университета Помпеу Фабра в Испании, который не участвовал в исследовании, говорится в пресс-релизе.
Одна вопиющая проблема: хотя синтетические эмбрионы мышей кажутся идентичными своим естественным аналогам, их развитие застопорилось на восемь с половиной дней, поэтому трудно сказать, будут ли они продолжать расти в правильном направлении.
«Это очень веское доказательство того, что однажды у нас будет эта сила, и будет возможно [создать синтетическую жизнь]».
Итак, несмотря на огромный потенциал, создание синтетических эмбрионов из стволовых клеток сейчас просто невозможно.
«Эту блокаду не понимают, и ее необходимо преодолеть, если кто-то хочет вырастить синтетические эмбрионы мыши после восьмого дня», — сказал Кристоф Галише, биолог стволовых клеток из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне, который также не участвовал в новой работе. в том же пресс-релизе.
Поскольку люди и мыши не обладают всеми одинаковыми характеристиками, когда дело доходит до эмбрионального развития, следующим шагом будет создание синтетических эмбрионов из стволовых клеток человека.
Скорее всего, это будет сложно, скорее этически, чем технически. Но Уилсон считает, что это исследование знаменует собой важную научную веху и инструмент, который можно добавить в набор технологических инструментов человечества.
«Это очень убедительное доказательство того, что однажды у нас будет такая сила, и будет возможно [создать синтетическую жизнь]», — говорит Уилсон. «Решимся ли мы сделать это или нет из-за этики или даже потенциальных преимуществ — это вопрос для общества в целом».
Это HORIZONS, информационный бюллетень, в котором исследуются инновации сегодняшнего дня, формирующие мир завтрашнего дня. Подпишитесь бесплатно.
Что дальше для выращенных в лаборатории человеческих эмбрионов?
Это был 13-й день серии экспериментов в лаборатории Али Бриванлоу, и ему предстояла мучительная задача. Его команда биологов-эволюционистов разморозила десятки человеческих эмбрионов, поместила их в отдельные чашки для культивирования и наблюдала, как они растут на самых ранних стадиях развития — то, что когда-либо видели лишь несколько исследователей во всем мире. Но он знал, что это должно закончиться.
Эмбрионы вскоре столкнутся с правилом 14 дней, международным консенсусом в отношении того, что человеческие эмбрионы следует культивировать и выращивать в лаборатории только в течение 14 дней после оплодотворения. Примерно на 14-й день появляется примитивная полоса, структура, которая отмечает точку, в которой эмбрион устанавливает оси тела и начинает отличать голову от хвоста и левое от правого.
«Это было одно из самых трудных решений, которые мне приходилось принимать в своей жизни, но пришло время прекратить этот эксперимент», — говорит Бриванлоу, вспоминая исследование 2015 года в своей лаборатории в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке. На 13-й день команда сняла эмбрионы со дна чашки и заморозила их, остановив дальнейшее развитие. «Мы не знали, что произойдет после этого момента», — говорит он.
Теперь у Бриванлоу и других специалистов по биологии развития есть шанс это выяснить.
В мае Международное общество исследований стволовых клеток (ISSCR) выпустило новые рекомендации 1 , которые ослабили правило 14 дней и убрали жесткий барьер. Хотя лишь несколько лабораторий по всему миру усовершенствовали методы, необходимые для культивирования человеческих эмбрионов до 14-го дня, наука быстро развивается. Смягченное правило позволяет группам лабораторий в странах, где это разрешено законом, обращаться к регулирующим органам за разрешением на продолжение исследований по истечении 14 дней. Такие исследования могли бы показать, что происходит во время развития человека после того, как эмбрион обычно имплантируется в матку, примерно через неделю после оплодотворения. Затем он проходит стадию, называемую гаструляцией, примерно между 14 и 22 днями, когда возникает основной паттерн тела и закладываются основы для образования органов.
Открытие окна на этих более поздних стадиях позволило бы ученым лучше понять почти одну треть невынашивания беременности и многочисленные врожденные дефекты, которые, как считается, происходят на этих этапах развития. Кроме того, эти стадии содержат ключи к разгадке того, как клетки дифференцируются в ткани и органы, что может способствовать развитию регенеративной медицины.
Большинство исследователей ожидают, что группа Бриванлоу и некоторые другие немедленно раздвинут технические границы выращивания человеческих эмбрионов в лаборатории на более длительные сроки. Те немногие группы, которые могут это сделать, находятся в жесткой конкуренции. В других странах для продвижения таких исследований необходимо изменить законы (см. «Снятие ограничений»). Некоторые исследователи в Китае, например, обсуждают, следует ли изменить свою национальную политику, которая в настоящее время отражает 14-дневный предельный срок, говорит Тяньцин Ли, эмбриолог из Куньминского университета науки и технологий.
Авторы и права: Ник Спенсер/ Природа
Таким образом, исследователи пока не ожидают потока новых исследований после 14 дней — и не все они убеждены, что такие эксперименты оправданы. «Я с осторожностью отношусь к использованию человеческих эмбрионов в качестве самостоятельной исследовательской системы», — говорит Наоми Морис, специалист по биологии развития из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне.
Чтобы обойти границы, исследователи за последние пять лет разработали множество моделей человеческих эмбрионов, большинство из которых сформированы из смесей стволовых клеток. Эти модели имитируют несколько, но кратких фаз раннего развития и могут быть созданы без использования дефицитных и неэтичных человеческих эмбрионов, пожертвованных людьми, перенесшими 9 лет.0135 лечение экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) . Пока что правило 14 дней не применяется к этим моделям эмбрионов. Но по мере того, как они становятся более изощренными, с потенциалом формирования узнаваемых структур или даже органов, они попадают в свою собственную серую этическую зону.
Независимо от того, используют ли они модели или настоящие объекты, ученые говорят, что им предстоит еще многому научиться. «Эмбрионы — великие мастера», — говорит Николя Риврон, биолог по стволовым клеткам и эмбриолог из Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук в Вене. «Это структуры, которые учат нас всему о том, как мы формируемся и как мы терпим неудачу».
Раздвигая границы
Правило 14 дней было впервые предложено в 1979 году, когда появилась технология ЭКО и человеческие эмбрионы впервые существовали вне тела, хотя в то время максимальное время, в течение которого они могли выжить, составляло несколько дней. К 2006 году, когда ISSCR выпустила свой первый набор руководств по эмбриональным стволовым клеткам человека (ES-клетки), правило 14 дней прочно утвердилось в исследовательском сообществе.
Ограничение на выращенные в лаборатории человеческие эмбрионы, сбрасываемые телом стволовой клетки
Эти рекомендации были широко приняты исследователями и спонсорами по всему миру. В некоторых странах, включая Германию и Австрию, проведение любых исследований на человеческих эмбрионах является незаконным, а во многих других по закону установлен 14-дневный срок, например, в Великобритании, Китае, Японии, Австралии и Канаде. В некоторых странах, включая Соединенные Штаты и Израиль, существуют руководящие принципы, но нет закона, запрещающего или ограничивающего исследования человеческих эмбрионов, хотя в Соединенных Штатах они не могут финансироваться из федерального бюджета.
Предыдущее обновление рекомендаций ISSCR вышло в 2016 году, как раз перед тем, как две исследовательские группы опубликовали прорывы.
Лаборатория Магдалены Зерницкой-Гетц в Кембриджском университете, Великобритания, в 2013 году начала работу по культивированию человеческих эмбрионов после семидневного срока. Группа хотела понять, что происходит после стадии бластоцисты или «клубка клеток». Ее группа разработала правильный рецепт гормонов и факторов роста, и в 2016 году ее команда 2 и Бриванлоу 3 сообщил, что они выращивали человеческие эмбрионы до 12–13 дней.
«Открытия, которые мы делаем, например, то, куда люди кладут нашу будущую голову, имеют большое значение», — говорит Зерницка-Гетц, которая теперь делит свое время между своей лабораторией в Соединенном Королевстве и лабораторией Калифорнийского технологического института в Пасадена. «Меня восхищают вторая, третья и четвертая недели развития, которые мы не можем увидеть с помощью УЗИ, но которые начинают развитие предшественников основных органов».
Один из вопросов касается того, как гены экспрессируются в клетках эмбриона по мере его роста. В одном из крупнейших на сегодняшний день исследований человеческих эмбрионов группа Церницкой-Гетц проанализировала 4820 одиночных клеток из 16 эмбрионов, развивающихся в лаборатории, начиная со стадии, когда эмбрион обычно имплантируется в матку (5-й день), и заканчивая подготовкой к гаструляции на следующий день. 11. Секвенирование одноклеточной РНК выявило, какие гены выключаются, а какие включаются при переходе эмбриональных клеток от тотипотентности, когда они еще могут стать любой клеткой организма, к плюрипотентности — более дифференцированному состоянию 4 .
Хотя эти сигналы развития известны у мышей, это исследование является одним из первых, обнаруживших молекулы, лежащие в основе развития человека.
Выращенный в лаборатории человеческий эмбрион через десять дней после оплодотворения. Клетки, которые станут плодом, показаны фиолетовым цветом. Фото: Лаборатория Церницкой-Гетца, Кембриджский университет / Научная фотобиблиотека
В других экспериментах, которые можно проводить только с человеческими эмбрионами в культуре, и Бриванлоу, и Зерницка-Гетц, и их группы проследили судьбу человеческих эмбрионов с анеуплоидными клетками. Это клетки с аномальным числом хромосом, что, как считается, вызывает до половины случаев потери беременности на ранних сроках.
Клиники ЭКО обычно проверяют всего несколько клеток эмбриона, чтобы проанализировать его генетическое здоровье. Но эксперименты показывают, что это может вводить в заблуждение. Группа Зерницкой-Гетца обнаружила, что эмбрионы, у которых диагностированы некоторые типы анеуплоидии, продолжают нормально развиваться в лаборатории 5 . Группа Бриванлоу проанализировала экспрессию генов у человеческих эмбрионов с 3-го по 14-й дни и обнаружила, что клетки с аномальным числом хромосом были элиминированы — возможно, путем развития в поддерживающие ткани или отбраковки в результате гибели клеток.0127 6 . Оба исследования предполагают, что тестирование на анеуплоидию, обычно проводимое на эмбрионах ЭКО, вероятно, приводит к тому, что многие эмбрионы ошибочно считаются «нездоровыми».
Работа с человеческими эмбрионами необходима для этих открытий, говорит Бриванлоу. «Мы не можем узнать об этом иначе, как наблюдая за тем, как это происходит», — говорит он. Он планирует эксперименты, некоторые из которых могут продлиться и после 14 дней, чтобы выяснить, как именно приспосабливается эмбрион, содержащий несколько анеуплоидных клеток.
Более двух недель
Исследователи, работающие с эмбрионами животных, уже культивировали их дольше, чем 14-дневный эквивалент развития, что может проложить путь к аналогичным достижениям в культивировании человеческих эмбрионов. В марте группа Джейкоба Ханны из Научного института Вейцмана в Реховоте, Израиль, удвоила время, в течение которого мышиные эмбрионы могут культивироваться в лаборатории 7 , с 5,5 до 11 дней (примерно эквивалентно человеческим дням с 13 по 30). Хотя другие исследователи описывают этот процесс как привередливый, эмбрионы хорошо идут в процесс развития органов.
И Бриванлоу, и Зерницка-Гетц планируют расширить границы культивирования человеческих эмбрионов, делая для людей то же, что команда Ханны сделала для мышей. Бриванлоу хочет разблокировать генетическую программу, которая превращает стволовые клетки в первые клетки мозга, а также хочет раскрыть молекулярные инструкции для четырехкамерного бьющегося сердца. Оба события возникают после 14-го дня, и их распутывание может оказаться ключом к пониманию нарушений развития нервной системы и распространенных врожденных пороков сердца.
Бриванлоу и другие исследователи говорят, что в будущем у исследователей появится техническая возможность наблюдать за имплантацией человеческого эмбриона в ткань матки в лаборатории. Его группа подает заявку в регулирующий комитет его университета с просьбой продлить свои исследования человеческих эмбрионов до 21-го дня. В эту дополнительную неделю устанавливается весь план тела, включая структуры, которые станут спинным мозгом, головным мозгом, костями, сердцем, кровью, мышцами. и лицо. «Я не знаю, сможем ли мы продвинуть человеческий эмбрион после 14-го дня», — говорит он. «Но как только мы доберемся туда, мы должны двигаться очень осторожно».
Модельные эмбрионы
У исследователей уже есть некоторые способы взглянуть на процесс гаструляции у млекопитающих, не используя настоящие эмбрионы, а создавая их модели из трехмерных смесей стволовых клеток.
За последние пять лет исследователи создали в лаборатории множество моделей эмбрионов, которые можно использовать для наблюдения за стадиями после 14-го дня. В большинстве случаев эти модели эмбрионов не подпадают под действие правила 14 дней или какой-либо специальной проверки. .
Эти модели эмбрионов, имитирующие стадию бластоцисты, были перепрограммированы из клеток кожи. Фото: Университет Монаша
В 2017 году Цзяньпин Фу, инженер-биомедик из Мичиганского университета в Анн-Арборе, и его команда создали первую модель человеческого эмбриона, просто поместив ES-клетки в 3D-культуру, где они самоорганизовались, чтобы сформировать амниотический мешок и первые признаки примитивной полосы 8 . Это открытие вызвало большой ажиотаж в этой области, говорит Фу. «То, что такие возможности существуют в человеческих ES-клетках — они поразительны».
Модели, подобные модели Фу, размножались и теперь могут имитировать части самых ранних эмбриональных стадий мыши и человека — имплантация 8 , гаструляция 9 , 10 , и рудиментарные зачатки головного мозга 11 , спинного мозга 12 и развитие сердца. Например, Фу и другие создали человеческие нейрулоиды 12 , которые моделируют формирование предшественников спинного и головного мозга и, по словам Фу, помогут исследователям культивировать функциональные нейроны, которые однажды можно будет поместить в пациентов. Смеси клеток часто выглядят и ведут себя как эмбрионы на одной и той же стадии, но повторяют ли они молекулярные и клеточные события нормального развития, остается зияющим пробелом в знаниях.
Фу и другие признают, что по мере того, как модели человеческих эмбрионов формируют более сложные структуры и продвигаются дальше по временной шкале развития, они поднимают новые этические вопросы. Например, их нейроны могут начать срабатывать, а клетки сердца — биться. Или они могли бы приобрести потенциал для развития за пределами ограниченных стадий, которые они до сих пор имитировали. Большинству моделей не хватает полного набора поддерживающих жизнь тканей, которые им потребуются для формирования целого эмбриона, но за последние несколько лет несколько лабораторий сконструировали мышиные и человеческие модели стадии бластоцисты, называемые «бластоиды». Они содержат предшественники этих поддерживающих тканей и теоретически могут формировать весь организм 13 – 15 .
Выращенные в лаборатории структуры имитируют самые ранние стадии человеческого эмбриона
ISSCR внимательно следит за этой областью, и в его рекомендациях говорится, что модели, содержащие эти поддерживающие ткани, должны находиться под особым контролем и выращиваться в течение минимального времени, необходимого для достижения научной цели. По мере развития эти модели будут нуждаться в этическом пересмотре, говорит Робин Ловелл-Бэдж, биолог стволовых клеток из Института Фрэнсиса Крика, который возглавлял руководящий комитет ISSCR. «Очевидно, что за этим пространством нужно следить».
По мере того, как работа над реальными и модельными эмбрионами продвигается вперед, ученые стремятся узнать, насколько они похожи на самом деле. Выяснение того, как модели различаются в своих молекулярных деталях и как ведут себя их клетки, является основной причиной, по которой исследователи хотят выйти за рамки 14 дней в реальных эмбрионах. «Мы можем многому научиться на модели», — говорит Джесси Венвлит, специалист по биологии развития из Института молекулярно-клеточной биологии и генетики им. Макса Планка в Дрездене, Германия. «Но важно знать, где что-то идет не так».
В 2020 году Морис и его коллеги провели параллельное сравнение экспрессии генов у мышиных эмбрионов и мышиных гаструлоидов и обнаружили поразительное сходство в синхронизированных волнах передачи сигналов, которые определяют план тела 16 . Она говорит, что точно такой же бенчмаркинг следует проводить и для гаструлоидов человека, что потребует культивирования человеческих эмбрионов примерно до 21-го дня. Риврон предполагает молекулярные карты для каждой стадии человеческого развития.
После проведения достаточного количества бенчмаркинга исследователи могут сократить количество используемых человеческих эмбрионов, обращаясь к ним только при наличии веских оснований.
Остановите часы
Но как долго исследователи должны наблюдать за развитием человека в тарелке? Критики заявили, что со стороны ISSCR было безответственно ослаблять правило 14 дней, не давая исследователям новую точку остановки — что это дает видимость зеленого света для исследований эмбрионов.
Фу входил в комитет ISSCR, который разрабатывал новые рекомендации в течение 18 месяцев и провел более 100 встреч в Zoom. «Наука развивается так быстро, что научному сообществу было трудно нарисовать еще один знак «стоп», — говорит он. Вместо этого руководящие принципы оставили дверь открытой для проведения исследований до тех пор, пока происходят соответствующие процессы проверки.
Бриванлоу согласен с решением. «По совести я знаю, что есть большие преимущества в том, чтобы отодвинуть последние 14 дней», — говорит он, указывая на работу с аномальными хромосомами. «Это может буквально спасти жизнь следующему поколению». Он и Ловелл-Бэдж утверждают, что было бы неэтично не разрешить некоторые исследования после 14 дней, потому что они могли бы раскрыть, как возникают типы клеток органов и как происходят выкидыши и врожденные дефекты.
Также становится все более неясно, каким экспериментам и моделям следует присвоить тот же статус, что и исследованиям после 14-дневного эмбриона. Руководящие принципы ISSCR проводят четкое этическое разделение, помещая только модели, которые включают поддерживающие ткани — и которые теоретически имеют потенциал для полного развития — в ту же категорию, что и эмбрионы после 14 дней. (Руководящие принципы также запрещают перенос экспериментальных эмбрионов человека, химерных эмбрионов человека и животных или моделей человеческих эмбрионов в матку животного или человека.)
Некоторые исследователи консервативно относятся к отмене 14-дневной линии. Морис, например, не думает, что у публики был реальный шанс оценить последствия 14-дневного эксперимента.
Специалист по биоэтике Жозефина Джонстон идет еще дальше: «Я думаю, что было бы ошибкой отказаться от правила 14 дней и не предложить другое правило». Предел свидетельствует о том, что научное сообщество понимает, что общество ценит человеческие эмбрионы и уважает это, говорит Джонстон, биоэтик из Гастингсского центра в Гаррисоне, Нью-Йорк. Снижение лимита «может по-настоящему подорвать общественное доверие». Кроме того, исследователям необходимо лучше объяснить, как изучение эмбрионов старше 14 дней «на самом деле может помочь человечеству», — говорит она. По словам Джонстона, они также должны заранее сообщать подробности исследований эмбрионов. «Многие из этих исследований кажутся очень далекими, но было бы небрежно не иметь каких-то ограничений».
Ученые выращивают «синтетический» эмбрион с мозгом и бьющимся сердцем — без яйцеклеток или сперматозоидов
Естественные и синтетические эмбрионы рядом друг с другом демонстрируют сопоставимое формирование мозга и сердца. Предоставлено: Amadei and Handford
Ученые из Кембриджского университета создали модельные эмбрионы из стволовых клеток мыши, которые формируют мозг, бьющееся сердце и основы всех других органов тела. Он представляет собой новый путь для воссоздания первых этапов жизни.
Группа исследователей во главе с профессором Магдаленой Церницкой-Гетц разработала модель эмбриона без яйцеклеток и сперматозоидов. Вместо этого они использовали стволовые клетки — основные клетки организма, которые могут развиваться почти в любой тип клеток в организме.
«Просто невероятно, что мы зашли так далеко. Это было мечтой нашего сообщества в течение многих лет и основным направлением нашей работы в течение десятилетия, и, наконец, мы это сделали». — Magdalena Zernicka-Goetz
Направляя три типа стволовых клеток, обнаруженных в раннем развитии млекопитающих, до момента, когда они начинают взаимодействовать, исследователи имитировали естественные процессы в лаборатории. Ученые смогли заставить стволовые клетки «разговаривать» друг с другом, индуцируя экспрессию определенного набора генов и создавая уникальную среду для их взаимодействия.
Стволовые клетки самоорганизовались в структуры, которые прошли через последовательные стадии развития, пока у них не появилось бьющееся сердце и основы мозга. У них также был желточный мешок, в котором эмбрион развивается и получает питательные вещества в первые недели своего существования. В отличие от других синтетических эмбрионов, модели, разработанные в Кембридже, достигли точки, когда начал развиваться весь мозг, включая переднюю часть. Это еще один этап развития, который был достигнут в любой другой модели, полученной из стволовых клеток.
По словам команды, их результаты могут помочь исследователям понять, почему некоторые эмбрионы терпят неудачу, в то время как другие развиваются в здоровую беременность. Кроме того, результаты могут быть использованы для руководства восстановлением и разработкой синтетических органов человека для трансплантации. Исследование, являющееся результатом более чем десятилетнего исследования, которое постепенно приводило к созданию все более и более сложных эмбрионоподобных структур, было опубликовано 25 августа 2022 года в журнале Nature .
Естественные и синтетические эмбрионы рядом друг с другом демонстрируют сопоставимое формирование мозга и сердца. Кредит: Амадей и Хэндфорд
«У нашей мышиной модели эмбриона развивается не только мозг, но и бьющееся сердце — все компоненты, из которых состоит тело», — говорит Зерницка-Гетц, профессор кафедры развития млекопитающих и биологии стволовых клеток Кембриджского отделения физиологии. , Развитие и неврология. «Просто невероятно, что мы зашли так далеко. Это было мечтой нашего сообщества в течение многих лет и основным направлением нашей работы в течение десятилетия, и, наконец, мы это сделали».
«Диалог» между тканями, из которых сформируется эмбрион, и тканями, которые соединят эмбрион с матерью, необходим для здорового развития человеческого эмбриона. Три разных типа стволовых клеток начинают формироваться в первую неделю после оплодотворения; один из них в конечном итоге разовьется в ткани тела, а два других поддерживают развитие эмбриона. Одним из этих внеэмбриональных типов стволовых клеток станет плацента, которая соединяет плод с матерью и обеспечивает кислородом и питательными веществами. Второй — желточный мешок, где растет эмбрион и откуда он получает питательные вещества на раннем этапе развития.
Многие беременности прерываются в тот момент, когда три типа стволовых клеток начинают посылать друг другу механические и химические сигналы, указывающие эмбриону, как правильно развиваться.
«Примерно в это время так много беременностей прерывается, прежде чем большинство женщин осознают, что они беременны», — сказала Зерницка-Гетц, которая также является профессором биологии и биологической инженерии в Калифорнийском технологическом институте. «Этот период является основой для всего остального, что следует за беременностью. Если что-то пойдет не так, беременность прервется».
Профессор Зерницка-Гетц в лаборатории. Предоставлено: Кембриджский университет
Группа профессора Зерницкой-Гетц в Кембридже изучала эти самые ранние стадии беременности в течение последнего десятилетия, чтобы понять, почему некоторые беременности заканчиваются неудачно, а некоторые успешно.
«Модель эмбриона из стволовых клеток важна, потому что она дает нам доступ к развивающейся структуре на стадии, которая обычно скрыта от нас из-за имплантации крошечного эмбриона в матку матери», — сказала Зерницка-Гетц. «Эта доступность позволяет нам манипулировать генами, чтобы понять их роль в развитии в модельной экспериментальной системе».
Чтобы управлять развитием своего синтетического эмбриона, ученые объединили культивированные стволовые клетки, представляющие каждый из трех типов тканей, в правильных пропорциях и среде, чтобы способствовать их росту и взаимодействию друг с другом, в конечном итоге самосборке в эмбрион.
Исследовательская группа обнаружила, что экстраэмбриональные клетки передают сигналы эмбриональным клеткам химическими сигналами, а также механистически или через прикосновение, направляя развитие эмбриона.
«Этот период человеческой жизни настолько загадочен, что иметь возможность увидеть, как это происходит в чашке — получить доступ к этим отдельным стволовым клеткам, понять, почему так много беременностей терпит неудачу и как мы могли бы предотвратить это от происходящее — совершенно особенное», — сказала Зерницка-Гетц. «Мы посмотрели на диалог, который должен был происходить между различными типами стволовых клеток в то время — мы показали, как это происходит и как это может пойти не так».
Основным достижением в исследовании является возможность генерировать весь мозг, в частности переднюю часть, что было главной целью при разработке синтетических эмбрионов. Это работает в системе Церницкой-Гетца, потому что эта часть мозга требует сигналов от одной из внеэмбриональных тканей, чтобы иметь возможность развиваться. Команда предположила, что это может происходить из их исследований 2018 и 2021 годов, в которых использовались одни и те же составляющие клетки для развития в эмбрионы на несколько более ранней стадии. Теперь, продвинув разработку всего на один день вперед, они могут с уверенностью сказать, что их модель является самой первой, которая сигнализирует о развитии переднего и, по сути, всего мозга.
«Это открывает новые возможности для изучения механизмов развития нервной системы в экспериментальной модели», — сказала Зерницка-Гетц. «Фактически мы демонстрируем доказательство этого принципа в статье, отключая ген, который, как уже известно, необходим для формирования нервной трубки, предшественника нервной системы, а также для развития мозга и глаз. В отсутствие этого гена синтетические эмбрионы обнаруживают в точности известные дефекты развития мозга, как и у животных, несущих эту мутацию. Это означает, что мы можем начать применять такой подход ко многим генам с неизвестной функцией в развитии мозга».
В то время как текущее исследование проводилось на моделях мышей, исследователи разрабатывают аналогичные человеческие модели, которые потенциально могут быть направлены на создание определенных типов органов, чтобы понять механизмы, лежащие в основе важнейших процессов, которые иначе было бы невозможно изучить на реальных эмбрионах. В настоящее время законодательство Великобритании разрешает исследовать человеческие эмбрионы в лаборатории только до 14 дня развития.
Если методы, разработанные командой Зерницкой-Гетц, окажутся успешными в отношении стволовых клеток человека в будущем, их также можно будет использовать для разработки синтетических органов для пациентов, ожидающих трансплантации.
«В мире так много людей, которые годами ждут пересадки органов», — сказала Зерницка-Гетц. «Что делает нашу работу такой увлекательной, так это то, что полученные в результате знания можно использовать для выращивания правильных синтетических человеческих органов, чтобы спасти жизни, которые в настоящее время потеряны. Также должна быть возможность воздействовать на органы взрослого человека и лечить их, используя имеющиеся у нас знания о том, как они устроены.
«Это невероятный шаг вперед, на который ушло 10 лет напряженной работы многих членов моей команды — я никогда не думал, что мы доберемся до этого места. Никогда не думаешь, что твои мечты сбудутся, но они сбылись».
Профессор Магдалена Зерницка-Гетц совершила невероятный научный прорыв.
Создание синтетических эмбрионов мыши в пробирке, у которых развивается мозг и бьющееся сердце, начиная только с эмбриональных стволовых клеток, является кульминацией десятилетней работы.
Магда объясняет:
Меня завораживает тайна работы эмбрионов. Каждый эмбрион следует подобному пути: одна клетка становится многими, затем они взаимодействуют друг с другом и образуют структуру, которая станет образцом для всех частей тела взрослого человека. Но как клетки эмбриона решают свою судьбу, откуда они знают, куда идти и что делать? Как они формируют нужные части в нужном месте в нужное время?
Создание первых моделей «синтетических эмбрионов» было процессом, который мы вели шаг за шагом. С самого начала мы знали, что эмбриональные стволовые клетки можно бесконечно долго культивировать в лаборатории, и что когда их вводят эмбриону, они потенциально могут вносить вклад в любую ткань взрослого организма. Задача состояла в том, чтобы помочь им развиться в полный эмбрион. В дополнение к эмбриональным стволовым клеткам мы использовали два вида внеэмбриональной ткани: одна из них образует плаценту, а другая — мешок, в котором развивается эмбрион. Эти ткани очень важны, так как они посылают эмбриону сигналы для развития всех его частей в нужное время и в нужном месте.
Легче сказать, чем сделать комбинирование стволовых клеток, представляющих каждый из этих трех типов тканей. Нам нужно было найти среду, в которой все три различных типа клеток могли бы расти и общаться друг с другом. И нам нужно было найти правильные пропорции каждого типа клеток и добавить их в правильной последовательности. Как только мы установили эти основные принципы, стволовые клетки сделали все остальное: они самоорганизовались, чтобы пройти через последовательные стадии развития, пока у них не появилось бьющееся сердце и основа для мозга.
Ключом к нашим достижениям было нестандартное мышление. Большинство исследований на моделях эмбрионов фокусируются на эмбриональных стволовых клетках, но не учитывают значительную роль внеэмбриональных клеток. Мы смешали в правильных пропорциях как эмбриональные, так и внеэмбриональные стволовые клетки. Внеэмбриональные клетки подают сигналы эмбриональным клеткам различными способами, химическими сигналами, а также механическим «осязанием». Наши исследования помогают понять эти сигнальные события.
Мы разрабатываем аналогичную модель человеческого эмбриона, чтобы понять механизмы важнейших процессов, которые иначе было бы невозможно изучить. Это важно, потому что подавляющее большинство человеческих беременностей прерывается на этой стадии развития по причинам, которые мы не понимаем. Это также позволит выявить факторы, обеспечивающие развитие здоровых тканей человека, образующих различные органы.
Создание нового «синтетического эмбриона» многому нас научило о механизмах, с помощью которых эмбрион строится. Мы узнали, как экстраэмбриональные ткани направляют эмбриональные стволовые клетки по правильным путям, сигнализируя о формировании правильных структур; как клетки перемещаются между отсеками по мере возникновения многослойного плана тела; и как это правильно создает сцену для нейруляции — процесса, при котором ткань складывается, образуя нервную трубку и, в свою очередь, головной и спинной мозг.
Эта модель дает нам доступ к развивающейся структуре на стадии, которая обычно скрыта от нас, когда крошечный эмбрион имплантируется в матку матери. Нашей модели не нужно имплантировать для развития, поэтому она остается полностью видимой для нас, что позволяет нам видеть продвижение эмбриона на этой стадии развития. Эта доступность позволяет нам манипулировать генами, чтобы понять их роль в развитии в модельной экспериментальной системе.
Безусловно, выполнение такой работы требует страсти и стойкости. Я вырос в Польше при коммунистическом режиме, а это означало, что путешествовать было запрещено, а думать по-другому не поощрялось. Было огромное социальное давление, и многие из нас восстали против этого. Серебряной подкладкой этого было желание мыслить независимо и упорствовать, несмотря на уныние. Это тоже сформировало меня как ученого.
Когда я основал свою исследовательскую группу в Кембридже, я разработал способы изучения «черного ящика развития» — развития эмбриона во время имплантации. Мои наставники отговаривали меня заниматься этим во время моей докторской диссертации, потому что они были обеспокоены тем, что будет трудно излучать свет внутри этой «коробки». и, дюйм за дюймом, мы продвигались вперед.
Мой совет всем молодым ученым: слушайте свое сердце. Изучите тему, которая вас вдохновляет, и выберите консультанта, который сможет поддержать ваш стиль работы. На мой взгляд, важно направлять молодых ученых в лаборатории, а также давать им возможность исследовать свою индивидуальность. Мой опыт показывает, что проблемы для женщин-ученых возрастают по мере их продвижения по карьерной лестнице. На более поздних этапах важно иметь наставников, которые разбираются не только в науке, но и в том, как сбалансировать ее с повседневной жизнью, в том числе с созданием семьи.
Во время моей собственной беременности я была потрясена, когда ранний скрининг показал аномалии. Забор был внеэмбриональных клеток, поэтому я дождалась амниоцентеза, во время которого берутся эмбриональные клетки, попавшие в амниотическую жидкость. Это было нормально, что меня успокоило. Этот опыт привел меня к изучению мозаичной анеуплоидии — состояния, при котором эмбрион имеет клетки с неправильным числом хромосом наряду с хромосомно нормальными клетками. Невероятно, но мы обнаружили, что эти аномальные клетки можно устранить, а нормальные, здоровые клетки компенсируют их отсутствие. Почему-то этот механизм не работает в тканях, из которых строится плацента, и мы до сих пор пытаемся понять, почему и как.
Наука требовательна, это тяжелая работа, которая отнимает у вас большую часть времени бодрствования. Переключаюсь на просмотр фильмов — смотрю много зарубежных фильмов на польском, французском, датском, документальных и художественных. Но когда я хочу раствориться в другом повествовании, я смотрю дорамы. Я также недавно обратился к садоводству, где я могу способствовать успешному развитию других форм жизни!
Невероятное чувство и привилегия иметь прямое представление о происхождении новой жизни. Это как открытие новой планеты, о существовании которой мы не знали.
Для получения дополнительной информации об этом исследовании см. Ученые выращивают «синтетический» эмбрион мыши с мозгом и бьющимся сердцем.
Ссылка: «Искусственные эмбрионы завершают гаструляцию до нейруляции и органогенеза» Джанлука Амадей, Шарлотта Э. Хэндфорд, Ченгсян Цю, Иоахим Де Йонге, Ханна Гринфельд, Мартин Тран, Бет К. Мартин, Донг-Юань Чен, Алехандро Агилера-Кастрехон , Джейкоб Х. Ханна, Майкл Эловиц, Флориан Холлфельдер, Джей Шендуре, Дэвид М. Гловер и Магдалена Зерницка-Гетц, 25 августа 2022 г., стр. Природа .
DOI: 10.1038/s41586-022-05246-3
Ученые впервые вырастили растения в лунной грязи. Все прошло не очень : ScienceAlert
Кресс-салат, посаженный в грязь с Луны. (Тайлер Джонс, UF/IFAS)
Когда программа «Артемида» вернет людей на Луну через (надеюсь) через несколько лет, необходимо решить серьезные проблемы с логистикой, чтобы сохранить жизнь таким хрупким существам в такой враждебной среде.
Не в последнюю очередь это вопрос еды. Космические агентства, участвующие в Международной космической станции, к настоящему времени имеют большой опыт в предоставлении предварительно упакованных продуктов, но есть преимущества в доступе к свежим продуктам, в том числе как для физического, так и для психического здоровья.
Если бы лунная почва оказалась подходящей средой для выращивания свежих культур, это было бы потрясающе. Поэтому группа ученых использовала несколько драгоценных граммов настоящих лунных образцов, собранных во время миссий «Аполлон», чтобы попытаться вырастить растения — в частности, кресс-салат, или Arabidopsis thaliana .
«Для будущих более длительных космических миссий мы можем использовать Луну в качестве центра или стартовой площадки. Вполне логично, что мы захотим использовать уже существующую почву для выращивания растений», — говорит ученый-садовод Роб Ферл из Университета Лондона. Флорида.
«Итак, что происходит, когда вы выращиваете растения в лунной почве, что полностью выходит за рамки эволюционного опыта растений? Что будут делать растения в лунной оранжерее? Могут ли у нас быть лунные фермеры?»
Ну, спойлер: лунная грязь, также известная как лунный реголит, не очень хороша для выращивания растений. Но это исследование — лишь первый шаг к тому, чтобы однажды вырастить растения на Луне в захватывающем научно-фантастическом будущем.
Текущее количество лунных образцов материала здесь, на Земле, довольно мало, и поэтому они ценны и высоко ценятся.
Ферл и его коллеги, научный сотрудник Университета Флориды Анна-Лиза Пол и геолог Стивен Элардо, получили ссуду всего в 12 граммов драгоценного материала после трех заявок, поданных в течение 11 лет.
Это потребовало очень маленького, очень тесного эксперимента – мини-сада из арабидопсисов . Они тщательно разделили свои образцы, чтобы распределить их между 12 горшками размером с наперсток, в каждый из которых был добавлен питательный раствор и несколько семян.
Контрольные группы семян были также высажены в наземную почву из экстремальных условий и имитаторы почвы (наземный материал, используемый для имитации свойств внеземных почв).
Для эксперимента команда использовала имитатор марсианского грунта и лунный имитатор, названный JSC-1A. Это важно, потому что предыдущие эксперименты показали, что растения могут хорошо расти в обоих типах имитаторов, но тонкие различия могут означать, что на самом деле это совсем другая история.
(Пол и др., Communications Biology, 2022)
Вверху: растения, растущие на трех участках лунного грунта и имитатора грунта.
Похоже, это действительно так. К удивлению исследователей, почти все семена, посаженные в лунные образцы, проросли, но тут все изменилось. Вместо того, чтобы весело расти, сеянцы казались меньше, медленнее и гораздо более разнообразными по размеру, чем растения, выращенные в лунном симуляторе.
Когда команда затем извлекла растения для проведения генетического анализа, они выяснили почему.
«На генетическом уровне растения использовали инструменты, обычно используемые для борьбы со стрессорами, такими как соль и металлы или окислительный стресс, поэтому мы можем сделать вывод, что растения воспринимают среду лунного грунта как стрессовую», — говорит Пол.
«В конечном счете, мы хотели бы использовать данные об экспрессии генов, чтобы решить, как мы можем улучшить реакцию на стресс до уровня, при котором растения, особенно зерновые, могут расти в лунной почве с очень небольшим воздействием на их здоровье».
Лунные образцы, используемые исследователями, были взяты из трех разных мест на Луне, на разных уровнях глубины от поверхности, собранные миссиями Аполлона 11, 12 и 17.
Интересно, что это, похоже, повлияло на то, как хорошо растения реагировали на почву. Те, что были посажены в самую близкую к поверхности почву с Аполлона-11, оказались хуже; одно растение даже погибло. Это слой лунного реголита, наиболее подверженный воздействию космических лучей и солнечного ветра, который его повреждает.
Напротив, семена, посаженные в менее открытую почву, прижились заметно лучше, хотя результаты все же были не такими хорошими, как у растений, выращенных в земном вулканическом пепле. Эта информация может помочь ученым выяснить, как лучше всего выращивать растения на Луне, а также разработать способы сделать лунный грунт более гостеприимным для растений.
Но это еще не все. Потребуются дальнейшие исследования по характеристике и оптимизации лунной почвы для выращивания растений, прежде чем мы сможем рассмотреть возможность использования лунной грязи для выращивания сельскохозяйственных культур. Но теперь у ученых, по крайней мере, есть более четкое представление о том, с чем они работают, и какими должны быть следующие шаги.
«Мы хотели провести этот эксперимент, потому что в течение многих лет задавались вопросом: будут ли растения расти в лунной почве», — сказал Ферл. «Ответ, оказывается, да».
Исследование опубликовано в журнале Communications Biology .
Ученые вырастили первые синтетические эмбрионы – и это поднимает серьезные этические вопросы
Дети, даже слишком маленькие для школы, знают, что без спермы и яйцеклетки нельзя родить ребенка. Но группа исследователей в Израиле поставила под сомнение основы того, чему мы учим детей о птицах и пчелах, и создала эмбрион мыши, используя только стволовые клетки.
Он прожил восемь дней, примерно половину периода беременности мыши, в биореакторе в лаборатории.
В 2021 году исследовательская группа использовала ту же искусственную матку для выращивания естественных эмбрионов мыши (оплодотворенных из спермы и яйцеклеток), которые жили 11 дней. Созданная в лаборатории матка, или внешняя матка, сама по себе стала прорывом, поскольку эмбрионы не могли выжить в чашках Петри.
Если вы представляете себе силиконовую матку, подумайте еще раз. Наружная матка представляет собой вращающееся устройство, наполненное стеклянными бутылочками с питательными веществами. Это движение имитирует поток крови и питательных веществ к плаценте. Устройство также воспроизводит атмосферное давление матки мыши.
Некоторые клетки были обработаны химическими веществами, которые включили генетические программы для развития в плаценту или желточный мешок. Другие развились в органы и другие ткани без вмешательства. В то время как большинство стволовых клеток вышли из строя, около 0,5% были очень похожи на естественный восьмидневный эмбрион с бьющимся сердцем, базовой нервной системой и желточным мешком.
Эти новые технологии вызывают несколько этических и юридических проблем.
Искусственные матки
В последнем исследовании ученые начали с коллекций стволовых клеток. Условия, созданные внешней маткой, запускают процесс развития плода. Хотя ученые говорят, что мы далеки от синтетических человеческих эмбрионов, эксперимент приближает нас к будущему, в котором некоторые люди искусственно вынашивают своих детей.
Каждый год более 300 000 женщин во всем мире умирают при родах или в результате осложнений беременности, многие из-за отсутствия элементарного ухода. Даже в богатых странах беременность и роды сопряжены с риском, а медицинских работников критикуют за неудачливых матерей.
Существует настоятельная необходимость сделать здравоохранение более доступным по всей планете, обеспечить лучшую поддержку психического здоровья для матерей и сделать беременность и роды более безопасными. В идеальном мире каждый родитель должен ожидать отличного ухода во всех аспектах материнства. Эта технология может помочь в лечении недоношенных детей и дать, по крайней мере, некоторым женщинам другой выбор: вынашивать ребенка или использовать внешнюю матку.
Некоторые философы говорят, что разработка искусственных маток является моральным долгом, чтобы исправить несправедливость родительских ролей. Но другие исследователи говорят, что искусственные матки будут угрожать законному праву женщин прерывать беременность.
Синтетические эмбрионы и органы
За последние несколько лет ученые узнали больше о том, как заставить стволовые клетки развиваться во все более сложные структуры, включая те, которые имитируют структуру и функции органов человека (органоиды). Искусственные человеческие почки, мозг, сердце и многое другое были созданы в лаборатории, хотя они все еще находятся в зачаточном состоянии для медицинского применения.
Вопрос о том, существуют ли моральные различия между использованием стволовых клеток для создания моделей органов человека для исследований и использованием стволовых клеток для создания синтетического эмбриона, уже разыгрывается в судах.
Одним из ключевых различий между органоидами и синтетическими эмбрионами является их потенциал. Если синтетический эмбрион может развиться в живое существо, он должен иметь больше защиты, чем те, которые этого не делают.
В настоящее время синтетические эмбрионы не способны создать живую мышь. Если бы ученые создали синтетические эмбрионы человека, но без возможности сформировать живое существо, с ними, вероятно, следует обращаться так же, как с органоидами.
Некоторые страны (например, Австралия) придерживаются мнения, что с синтетическими эмбрионами, такими как «бластоиды» (которые напоминают эмбрионы пяти-шести дней), следует обращаться как с естественными эмбрионами из-за сходства их строения. Другие страны (например, Великобритания, США, Япония) рассматривают синтетические эмбрионы как отличные от эмбрионов, потому что в настоящее время они не могут произвести живого ребенка.
Другим важным юридическим вопросом является источник стволовых клеток и согласие. Создатели синтетических эмбрионов мышей использовали стволовые клетки ранних эмбрионов.
Однако в будущем можно будет получать синтетические эмбрионы из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (IPS). В худшем случае человек пожертвует клетку кожи для исследования вырабатывающих органов для лечения болезней, но она будет использована без их ведома или согласия для производства синтетических эмбрионов.
Клонирование
Клетки IPS получают путем взятия зрелой клетки (например, клетки кожи) у живого или мертвого человека и применения процедур, которые переводят ее обратно в более незрелое состояние. Если бы эту клетку можно было превратить в эмбриональную стволовую клетку, однажды можно было бы использовать IPS-клетки для создания жизнеспособных эмбрионов.
Этот эмбрион будет клоном донора клеток. Общественность и ученые испытывают огромные опасения по поводу клонирования человека.
Но было возможно клонировать человека, используя другой процесс, называемый переносом ядра, в течение 25 лет. В результате ядерной передачи в 1997 году была создана овечка Долли, а в 2018 году — обезьяна. В конце 90-х и начале 2000-х годов по всему миру был принят целый ряд законов, которые успешно запретили клонирование человека.
Мы не должны позволять нашим опасениям по поводу клонирования мешать важным исследованиям. Эти преимущества могут сделать списки ожидания доноров органов ушедшими в прошлое, спасти недоношенных детей и дать женщинам возможность иметь детей по-другому. Клонирование или любое другое неэтичное использование технологии может быть предотвращено законодательством.
Джулиан Савулеску — приглашенный профессор биомедицинской этики Детского научно-исследовательского института Мердока; Заслуженный приглашенный профессор права Мельбурнского университета; и кафедра практической этики Уэхиро в Оксфордском университете. Кристофер Джинджелл — научный сотрудник в области биомедицинской этики Мельбурнского университета. Цутому Савай — адъюнкт-профессор Высшей школы гуманитарных и социальных наук Университета Хиросимы.
Эта статья впервые появилась на The Conversation.
Будем рады вашим комментариям на
письма@scroll. in.
A first: Ученые выращивают растения в почве с Луны — Новости
Ученые впервые в истории человечества вырастили растения в почве с Луны и стали важной вехой в изучении Луны и космоса.
В новой статье, опубликованной в журнале «Communications Biology», исследователи Университета Флориды показали, что растения могут успешно прорастать и расти в лунном грунте. В их исследовании также изучалось, как растения биологически реагируют на лунную почву, также известную как лунный реголит, которая радикально отличается от почвы, найденной на Земле.
Эта работа — первый шаг к однодневному выращиванию растений для еды и кислорода на Луне или во время космических полетов. Более того, это исследование связано с тем, что программа Артемиды планирует вернуть людей на Луну.
«Artemis потребует лучшего понимания того, как выращивать растения в космосе», — сказал Роб Ферл, один из авторов исследования и выдающийся профессор садоводческих наук в Институте пищевых и сельскохозяйственных наук UF (UF/IFAS).
Даже в первые дни исследования Луны растения играли важную роль, говорит Анна-Лиза Пол, также один из авторов исследования и профессор-исследователь садоводческих наук в UF/IFAS.
«Растения помогли установить, что образцы почвы, доставленные с Луны, не содержали патогенов или других неизвестных компонентов, которые могли бы нанести вред земной жизни, но эти растения были только покрыты лунным реголитом и на самом деле никогда не выращивались в нем», — сказал Пол. .
Пол и Ферл — всемирно признанные эксперты в области изучения растений в космосе. Через Лабораторию космических растений UF они отправили эксперименты на космических челноках, на Международную космическую станцию и в суборбитальные полеты.
«Для будущих более длительных космических миссий мы можем использовать Луну в качестве центра или стартовой площадки. Логично, что мы хотели бы использовать уже существующую почву для выращивания растений», — сказал Ферл. «Итак, что происходит, когда вы выращиваете растения в лунной почве, что полностью выходит за рамки эволюционного опыта растений? Что будут делать растения в лунной оранжерее? Можем ли мы иметь лунных фермеров?»
Чтобы начать отвечать на эти вопросы, Ферл и Пол разработали обманчиво простой эксперимент: посадите семена в лунную почву, добавьте воду, питательные вещества и свет и запишите результаты.
Сложность: у ученых было всего 12 граммов — всего несколько чайных ложек — лунного грунта для проведения этого эксперимента. Эта почва, предоставленная НАСА, была собрана во время миссий Аполлона 11, 12 и 17 на Луну. Пол и Ферл трижды в течение 11 лет обращались за возможностью поработать с лунным реголитом.
Небольшое количество почвы, не говоря уже о ее неисчислимом историческом и научном значении, означало, что Полу и Ферлу пришлось разработать мелкомасштабный, тщательно спланированный эксперимент. Чтобы вырастить свой крошечный лунный сад, исследователи использовали лунки размером с наперсток в пластиковых чашках, обычно используемых для культивирования клеток. Каждый колодец функционировал как горшок. Заполнив каждый «горшочек» примерно граммом лунной почвы, ученые увлажнили почву питательным раствором и добавили несколько семян арабидопсиса.
Arabidopsis широко используется в науках о растениях, потому что его генетический код был полностью картирован. Выращивание арабидопсиса в лунной почве позволило исследователям лучше понять, как почва влияет на растения, вплоть до уровня экспрессии генов.
В качестве точек сравнения исследователи также посадили арабидопсис в АО-1А, земное вещество, которое имитирует настоящий лунный грунт, а также смоделированные марсианские почвы и земные почвы из экстремальных условий. Растения, выращенные на этих нелунных почвах, были контрольной группой эксперимента.
Перед экспериментом исследователи не были уверены, прорастут ли семена, посаженные в лунную почву. Но почти все так и сделали.
«Мы были поражены. Мы этого не предвидели», — сказал Пол. «Это говорит нам о том, что лунные почвы не прерывают гормоны и сигналы, участвующие в прорастании растений».
Однако со временем исследователи заметили различия между растениями, выращенными в лунном грунте, и контрольной группой. Например, некоторые из растений, выращенных в лунных грунтах, были меньше, росли медленнее или отличались большим разнообразием размеров, чем их собратья.
Все это физические признаки того, что растения работают, чтобы справиться с химическим и структурным составом лунной почвы, объяснил Пол. Это было дополнительно подтверждено, когда исследователи проанализировали паттерны экспрессии генов растений.
«На генетическом уровне растения использовали инструменты, обычно используемые для борьбы со стрессорами, такими как соль и металлы или окислительный стресс, поэтому мы можем сделать вывод, что растения воспринимают среду лунного грунта как стрессовую», — сказал Пол. «В конечном счете, мы хотели бы использовать данные об экспрессии генов, чтобы помочь решить, как мы можем улучшить реакцию на стресс до уровня, при котором растения, особенно зерновые, могут расти в лунной почве с очень небольшим воздействием на их здоровье».
То, как растения реагируют на лунную почву, может быть связано с тем, где была собрана почва, сказали Ферл и Пол, которые сотрудничали в исследовании со Стивеном Элардо, доцентом кафедры геологии Университета Флориды.
Например, исследователи обнаружили, что растения с наибольшим количеством признаков стресса были выращены в том, что лунные геологи называют зрелой лунной почвой.