Исследователи столкнулись с неизвестным типом стволовых клеток

Недавно открытый тип регион-селективных стволовых клеток может помочь в создании модели ранних этапов развития человека и когда-нибудь позволит выращивать органы человека в крупных животных, таких как свиньи или коровы, для решения терапевтических задач.

Хуан Карлос Изписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), специалист по биологии развития Института Биологических Исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies, США ), и его коллеги столкнулись с ранее неизвестным типом плюрипотентных стволовых клеток (ПСК) (способных развиваться в любой клеточный тип), пытаясь пересадить ПСК человека эмбриону мыши.

В публикации журнала Nature Изписуа Бельмонте и его коллеги сообщают об особом типе стволовых клеток, более простых в культивировании in vitro и имплантации эмбриону при инъецировании в правильное место, чем обычные стволовые клетки. Исследователи назвали их регион-селективными плюрипотентными стволовыми клетками (рсПСК). Особенности их развития зависят от расположения в развивающемся эмбрионе, в то время как у традиционно используемых в научных исследованиях стволовых клеток дифференцировка зависит от стадии развития организма.

В связи с тем, что регион-селективные клетки растут быстрее и стабильнее других стволовых клеток, они могут быть полезнее для разработки новых методов лечения, считает Пол Тезар (Paul Tesar), специалист по биологии развития Западного Резервного Университета Кейза (Case Western Reserve University, США).

Изписуа Бельмонте и его коллеги пытались трансплантировать известные типы стволовых человека в мышиные эмбрионы in vitro. Они подготовили клетки, выращивая их в среде, содержащей различные комбинации стволовых факторов и химических веществ. Один из составов среды для культивирования оказался эффективнее для поддержания роста и деления клеток. Культивируемые в такой среде клетки характеризовались паттерном метаболизма и экспрессии генов, отличными от других стволовых клеток, но плохо поддавались трансплантации в эмбрион мыши.

Чтобы точно определить факторы, возможно осложняющие интеграцию клеток, исследователи инъецировали клети человека в три различные области 7,5-дневного эмбриона мыши. Через 36 часов было установлено, что лишь перенесенные в хвостовую часть эмбриона клетки интегрировались и дифференцировались в нужные слои клеток, формируя химерный эмбрион – организм с ДНК различного происхождения. Поскольку эти клетки предпочтительнее имплантировались в одну из частей эмбриона, исследователи назвали их регион-селективными.

Изписуа Бельмонте сомневается в том, что эмбрионы несут несколько типов ПСК, включая рсПСК, в течение раннего развития. Пока не ясно, играют ли какую-то роль рсПСК в определении того, какая часть эмбриона станет головой или хвостом. Выявление различных типов плюрипотентных клеток может способствовать исследованию ранних стадий эмбрионального развития человека путем трансплантации стволовых клеток в эмбрионы животных.

Изписуа Бельмонте и его коллеги обнаружили возможность простого использования ДНК-разрезающих ферментов для редактирования геномов регион-селективных ПСК, что обычно сложно сделать на плюрипотентных клетках, растущих in vitro.

Редактирование генов может помочь исследователям оптимизировать способность клеток человека к росту в другом биологическом виде, позволяя создавать трансгенные химеры. По словам Тезара, идея использования ПСК человека и, в частности, рсПСК, для создания животных с органами человека не является нереалистичной, но не исключено, что это будет довольно сложно. Например, неизвестно, будет ли развивающаяся иммунная система животного распознавать человеческие органы как часть животного, или подвергнет их атаке. Сигнальные молекулы, руководящие формированием органов, могут отличаться у человека и животных, и, кроме того, орган человека может развиваться с иной скоростью по сравнению с органами животного.

Изписуа Бельмонте осознает важность проблемы, добавляя, что могут возникнуть этические вопросы относительно создания жизнеспособного гибрида человека и животного. Тем не менее, он заявляет, что его лаборатория уже начала работу по имплантации в свиные эмбрионы различных типов стволовых клеток, однако этот метод находится на стадии становления.

Недавно открытый тип стволовых клеток легче выращивать в лаборатории, чем эмбриональные стволовые клетки (фото Mpi Muenster/dpa/Corbis)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2015.17496

Литература:
1. Wu, J. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature14413 (2015).