A mouse embryo in which the outer membranes of all cells are glowing red. A subset of cells are expressing a green glowing protein that identifies them as cells that will signal head development. (Credit: Lab of Professor Magdalena Zernicka-Goetz, Gurdon Institute)

Вот уже несколько десятилетий возможно культивирование эмбрионов из одиночной летки, оплодотворенной клетки в бластоцист, шар из 64 клеток, происходящих за счет первых повторяющихся раундов клеточных делений. Это делает возможным разработку техники оплодотворения in vitro, которая теперь широко используется по всему миру, чтобы обеспечить оплодотворение.

Это позволило ученым многое выяснить об этих ранних стадиях развития, в течение которых клетки принимают очень первое решение о своей будущей судьбе. Это потому, что первые 4 дня можно наблюдать события онтогенеза, как они происходят и в модельных системах, таких как мыши, манипулировать экспрессией генов, участвующих в этом процессе.

Бластоцист из 64 клеток представлен тремя типами клеток, небольшим количеством стволовых клеток, которые будут развиваться в будущее тело, убаюкиваемые двумя типами внеэмбриональных клеток, которые будут вносить вклад в плаценту, но будут также передавать сигналы онтогенетическим событиям по мере расширения популяции стволовых клеток. Сегодня имеется четкое представление о молекулярных и клеточных событиях, приводящих к формированию этих трех типов клеток.

Напротив, знания ученых о последующих событиях чрезвычайно ограничены. Это стадия (приблизительно четвертый день), на которой развивающийся эмбрион имплантируется в материнскую матку и его развитие становится скрытым от наших глаз. В то же время это очень важная фаза развития, при которая мы могли бы увидеть как внеэмбриональные ткани передают сигналы стволовым клеткам, где начинать делать головную и хвостовую части тела.

Исследователи получили возможность изымать эмбрионы из модельных систем, таких как мыши, после чего из моментальных снимков создавать картины того, что происходит. Однако, до сих пор было невозможно записать этот процесс, как это происходит.

Используя мышиные эмбрионы в качестве модели проф. Zernicka-Goetz с коллегами при субсидировании Wellcome Trust, разработали метод, который позволил им преодолеть барьер имплантации в матку, культивируя и наблюдая за эмбрионами вне тела матери в течение первых 8 дней их развтия.

Наиболее важно, что фильмы, которые группа проф. Zernicka-Goetz' может теперь сонимать эту критическую стадию развития, выявляют секреты происхождения кластеров внеэмбриональных клеток, которые передают сигналы, где формировать голову эмбриона. Они использовали ген, экспрессирующийся только в этой "головной" сигнальной области, маркируя белок, который светится и позволяет отслеживать эти клетки у живых эмбрионов мыши в культуре.

Таким способом они оказались способны определить, что эти клетки возникают из одной или двух клеток стадии бластоциста, а их потомство в конечном счет образует кластер в специфической части эмбриона перед коллективной миграцией в позицию, из которой они получают сигнал к развитию головы. Клетки, которые наводят эту миграцию, по-видимому, выполняют особенно важную роль, руководя остальными и действуя как первопроходцы.

Проф. Zernicka-Goetz говорит: "Этот подход открывает не только события, скрытые от наших глаз, но и обладает др. важным потенциалом для использования. Это является периодом, во время которого природная популяция стволовых клеток подвергается экспансии, чтобы сформировать основы, на базе которых будет строиться тело.

У мышей довольно легко установить линии стволовых клеток у эмбрионов на ст. бластоциста, которые обладают способностью вносить вклад в ткани всего тела, из которых и будет построен целиком новый организм. У человека, однако, такие линии установить труднее. Новая техника внушает надежду, что позволяя увеличиваться природной популяции стволовых клеток способом, напоминающим нормальное развитие, можно будет установить линии стволовых клеток намного раньше. Без сомнения, что это предоставит нам прямой экспериментальный доступ к этой стадии развития и сможет предоставить способ приобретения более глубокого понимания эмбриональных стволовых клеток в их естественном развитии."

Работа проведена в Gurdon Institute, University of Cambridge, а культуральные субстраты были разработаны в сотрудничестве с School of Pharmacology, Nottingham.

Работа лицензирована Creative Commons Licence [http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/]