Мышиный эмбрион, собранный из двух типов эмбриональных клеток, ведет себя точно так же, как и настоящий.

Вскоре после оплодотворения яйцеклетка начинает активно делиться, превращаясь в микрошарик из эмбриональных стволовых клеток. Потенциально они способны размножаться и размножаться без конца, однако в эмбрионе у них задача другая – эмбриональные стволовые клетки должны дать начало целому ряду специализированных клеток, формирующих ткани и органы.

Зародыш мыши в возрасте десяти с половиной дней эмбрионального развития. (Фото: ZEISS Microscopy / Flickr.com.)

Слева – искусственный зародыш, собранный из эмбриональных стволовых клеток (красные) и трофобластных стволовых клеток (синие) на трехмерной подложке; справа – обычный зародыш мыши. (Фото: Sarah Harrison and Gaelle Recher, Zernicka-Goetz Lab, University of

Но зародыш существует не сам по себе, ему нужно питаться, избавляться от продуктов обмена, дышать и т. д. Поэтому в эмбрионе есть другие разновидности стволовых клеток, которые не заняты непосредственно в «постройке» организма, а выполняют служебные функции – это трофобластные стволовые клетки, которые дают начало плаценте, и эндодермные стволовые клетки, из которых получается желточный мешок.

Через плаценту эмбрион получает от самки и кислород, и питательные вещества. Желточный мешок, как понятно из названия, должен хранить желток, переваривать его и снабжать питательными веществами зародыш. У млекопитающих желточный мешок свою «кормящую» функцию почти утратил, однако вовсе не исчез.

Он синтезирует некоторые важные белки, необходимые для правильного развития эмбриона, в нем до какого-то момента рождаются красные кровные клетки, и вообще в ходе внутриутробного развития он выполняет самые разные задачи до тех пор, пока в зародыше не заработают специальные системы органов.

Как видим, эмбрион – это не просто скопление однотипных клеток, которые сначала бурно делятся, а потом превращаются в ткани и органы; для нормального развития в нем должны быть еще и вспомогательные клетки. И их роль – не просто сформировать плаценту и желточный мешок. На деле успешное развитие зародыша зависит от того, как расположены эти клетки друг относительно друга, как они общаются молекулярными сигналами и как координируют действия друг друга. И если мы хотим создать эмбрион, собрав его из клеток, как конструктор, то у нас ничего не выйдет, если мы просто слепим клетки в ком и окунем их в питательную среду.

В статье в Science исследователи из Кембриджа сообщают, что они собрали мышиный зародыш из двух типов клеток, эмбриональных стволовых и трофобластных (из которых получается плацента). И те, и другие располагались на особой трехмерной матрице, приспособленной для прикрепления и роста клеток – сидя на такой конструкции, клетки имели возможность общаться между собой, находясь в упорядоченном сообществе.

Известно, что разные части эмбриона довольно быстро начинают отличаться друг от друга – где-то клетки формируют одни структуры, где-то другие. По словам авторов работы, в их эксперименте эмбрион-«конструктор» вел себя так же, как и нормальный эмбрион: клетки, которые могли общаться в нужное время, в нужном месте и нужными сигналами, складывались в правильные клеточные структуры. Вместе эмбриональные стволовые клетки и трофобластные стволовые клетки даже начали формировать амниотический мешок – одну из обязательных зародышевых оболочек эмбриона млекопитающих.

Кто-то может спросить – а как же третий тип эмбриональных клеток, из которых получается желточный мешок? Их к искусственному эмбриону не добавляли, и именно поэтому никто не ждал, что его развитие пойдет достаточно далеко. Но поскольку теперь известно, что из двух других клеточных типов вполне можно создать зародышеподобные структуры, то в ближайшей перспективе, скорее всего, опыт повторят уже со всем клетками вместе.

До сих пор исследователям, занимающимся эмбриональным развитием, приходилось получать эмбрионы естественным путем, а это не всегда просто, особенно, если речь идет о человеке, а не о мыши. Такие эмбриональные конструкторы, возможно, как раз помогут нам узнать больше о том, как живет зародыш на разных этапах своего развития и как можно, если что-то идет не так, предотвратить развитие врожденных патологий.