Китайцы впервые вырастили мышат из притворяющихся клеток
Огромного труда стоило двум научным группам из Китая «зачать», вырастить и размножить животное без помощи клонирования а также без разрушения эмбрионов. В движение в первый раз пошли необыкновенные стволовые клетки. Итог до тех пор пока, прямо скажем, средний.
И однако это несомненный прорыв в биологии, медицине и генетике.
Итак, сейчас научный мир знает: при приложении должных упрочнений возможно не только вытащить рыбку из пруда, но и вырастить полноценное животное из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-cells).
Поясним, что это за зверь. iPS-клетки — разновидность «взрослых» стволовых клеток. Индуцированными их именуют вследствие того что клетки эти вынудили притворяться эмбриональными стволовыми (ЭСК), искусственно включив экспрессию определённых генов, а плюрипотентными — так как они смогут преобразовываться в клетки любой ткани будущего организма. Об их создании мы детально говорили в этом материале.
iPS-клетки можно считать искусственно созданной этической заменой простым ЭСК, каковые возможно заполучить, только уничтожив эмбрион. Они были созданы в 2006 году группой доктора наук Синя Яманака (Shinya Yamanaka) из университета Киото.
Это открытие продемонстрировало, что (пускай пока только в теории) человека возможно лечить его собственными клетками, выращивая из индуцированных плюрипотентных отдельные ткани а также целые органы.
Лечение больной мыши посредством её же клеток, перепрограммированных в iPS-клетки, возможно было бы осуществить по следующей схеме (иллюстрация Tom DiCesare).
Сначала было ясно, что помой-му имеется у iPS-клеток возможность вырасти и в полноценное здоровое млекопитающее (так же как и у эмбриональных стволовых клеток). Но никому ранее не получалось это сделать.
Учёные многих государств продолжительное время тренировались на мышах. Две последние публикации в изданиях Nature и Cell Stem Cell говорят о том, что им это наконец-то удалось.
Первое масштабное достижение было получено группой экспертов под управлением Ци Чжоу (Qi Zhou) из Университета зоологии Китайской академии наук (Institute of Zoology Chinese Academy of Sciences) и Фани Цзэн (Fanyi Zeng) из университета Цзяо Туна в Шанхае (Shanghai Jiao Tong University). Раньше они клонировали животных, сейчас же решили заняться теми самыми индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.
Внедрение нужных генов посредством ретровируса превращает простую клетку в плюрипотентную (иллюстрация с сайта biotechprimerblog.com).
Они, так же как и Яманака, применяли вирусные векторы, дабы «приклеить» к фибробластам – клеткам соединительной ткани мышей – четыре гена и перепрограммировать их так в плюрипотентные. Фибробласты были взяты от эмбрионов на поздней стадии развития.
Чтобы выяснить, что же они в следствии взяли, китайцы в первую очередь совершили главные тесты, разрешающие сравнить iPS-клетки с эмбриональными аналогами (определялось наличие особенных поверхностных маркеров).
Схема, иллюстрирующая совершённую работу (иллюстрация Janet Rossant/Nature).
Следующим шагом было создание тетраплоидного эмбриона (для этого учёные «смешали» две клетки оплодотворённого эмбриона, находящегося на ранней стадии развития).
Эта «оболочка» есть собственного рода колыбелью для будущего организма, из неё начинается плацента и другие серьёзные клетки. Но для появления фактически тела нужны клетки эмбриональные. В противном случае тетраплоидный эмбрион всё равняется что машина без водителя, приводит сравнение Nature.
Потом в эмбрион с четырьмя комплектами хромосом были имплантированы iPS-клетки (как мы уже знаем, являющиеся неестественной заменой эмбриональным). Они запустили процесс развития. По окончании всех этих манипуляций плод вживили суррогатной матери, а спустя 20 дней появился мышонок.
Уже по внешним данным было ясно, что новорождённое животное (чёрный цвет шерсти) носит гены мыши, от которой были взяты индуцированные плюрипотентные клетки (также тёмный окрас), а не той, из клеток которой были взяты тетраплоидные эмбрионы (белый окрас).
Профили экспрессии плюрипотентных маркеров некоторых генов, полученные при помощи микроанализа (иллюстрация Nature).
Но для полной уверенности были совершены ДНК-тесты, подтвердившие, что мышонок по имени Сяо-Сяо (не Xiao), либо «малюсенький», вырос как раз из iPS-клеток (среди всех отпрысков большая схожесть с «родителем» составила около 95%).
Специалист по клонированию Рудольф Джаниш (Rudolf Jaenisch) из MIT говорит, что он и его сотрудники пробовали выполнить похожий опыт в 2007 году. Но они смогли создать только эмбрионы на поздней стадии развития.
«У меня два объяснения, из-за чего мы не добились успеха. Первое — iPS-клетки не являются плюрипотентными. Второе — мы просто-напросто не хорошо старались.
И по сей день я всё больше склоняюсь ко второму варианту», — говорит Джаниш.
Китайцы были трудолюбивее. Они выполнили огромный объём работ: перед тем как взять первого «перепрограммированного» мышонка, им было нужно проанализировать 250 эмбрионов.
Кариотипический анализ iPS-клеток продемонстрировал, что приблизительно у 75% из них, как и положено, по 40 хромосом. Учёным приходилось пересчитывать около сотни составляющих для каждого примера индуцированных плюрипотентных клеток (фото Nature).
К моменту выхода статьи у учёных было 27 новых животных. Зоологи перепробовали массу вариаций разных параметров, но «рецептом» с самым лучшим выходом был тот, что дал 22 живых мышонка из 624 внедрённых эмбрионов. Так, часть успешных попыток составила 3,5% (а это сравнимо с выходом обычных линий ЭСК!).
Достижение имеет несомненную научную сокровище, но ещё имеется к чему стремиться. Цзэн подчёркивает, что так же, как и прежде велик уровень физических недостатков и смертности среди животных. Многие новорожденные погибли в первые два дня, много появились с отклонениями в развитии (эти подробности в статье отсутствуют, но покажутся в следующей публикации).
Иерархия стволовых клеток: сперва тотипотентная клетка делается плюрипотентной, позже мультипотентной и, наконец, дифференцируется в клетку определённой ткани. Учёные пробуют развернуть данный процесс в обратную сторону (иллюстрация с сайта biocell.com.au).
Но, не всё так уж и не хорошо. 12 из 27 выживших мышат спарились и дали в полной мере здоровое потомство. на данный момент у первой группы китайских учёных пара сотен грызунов второго поколения и около сотни третьего.
Ни у одной особи не были обнаружены какие-либо опухоли (не смотря на то, что систематических испытаний зоологи не проводили).
Сейчас о второй группе учёных из Национального университета биологических наук в Пекине (National Institute of Biological Sciences — NIBS). Они также преуспели в выращивании мышей из iPS-клеток. Руководил изучением врач Шаожун Гао (Shaorong Gao).
Исследователи применяли фактически такую же разработку, что и прошлая несколько. Лишь количества у них были мельче: они перенесли индуцированные плюрипотентные клетки в 187 тетраплоидных эмбрионов. Из них появились всего двое мышат, один из которых погиб в юные годы.
Так, эффективность процедуры составила 1,1%, но и это также успех.
«Шансы заполучить трудящуюся линию клеток малы, но мы весьма старались», — комментирует Гао. на данный момент учёные пробуют подобрать оставшейся в живых мышке несколько, для получения потомства.
Яманака также продолжает собственные изучения. Сравнительно не так давно он и его сотрудники взяли индуцированные плюрипотентные стволовые клетки без применения вирусов (фото с сайта blogbus.com).
В будущем оба коллектива рассчитывают осознать, в чём же всё-таки принципиальная отличие между iPS-эмбриональными стволовыми и клетками клетками мышей.
То, что отличие имеется, никто уже не сомневается. Сравнительно не так давно команда исследователей из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) поняла, что iPS и ЭСК различаются экспрессией генов. «Лишь мы пока не можем заявить, что трудится лучше – настоящие эмбриональные стволовые клетки либо их перепрограммированные собратья», — говорит один из авторов работы Кэтрин Плат (Kathrin Plath).
Уже на данный момент Чжоу и Цзэн смогут заявить, что очень многое определяется временем. Так, колонии индуцированных плюрипотентных клеток, полученные в течение первых 14 дней, значительно более производительны (по количеству появившихся из них мышат), нежели те, чей «возраст» уже перевалил за 20 либо кроме того 36 дней.
В случае если учёным удастся разобраться, то, быть может, и низкий выход, и высокую смертность, и много физических отклонений возможно будет преодолеть. Помимо этого, полученные эти возможно будет «перенести» и на человека, что разрешит осознать различия в отечественных клетках.
Напомним, что вопреки всему всецело ретранслировать работу на человека не удастся. Хотя бы потому, что нереально создать его тетраплоидный эмбрион. Это кроме этого свидетельствует, что и о клинических опробованиях индуцированных плюрипотентных клеток (в качестве замены многообещающим ЭСК) до тех пор пока сказать рано.
В случае если кроме того попытаться осуществить такой же процесс с людьми (что снова же неэтично), то в следствии всё равняется окажется не тот человек, клетки которого изначально забрали для перепрограммирования (фото с сайта msn.com).
«Для нас все эти сведенья – только модель, показывающая возможности перепрограммирования клеток. Мы не разглядываем отечественную нынешнюю работу как первую ступень на пути создания из iPS-клеток человека», — говорит Чжоу.
Среди других замыслов генетиков: доказать, что существует возможность создать здоровое животное из клеток взрослой мыши (напомним, в данных работах употреблялись клетки, полученные от эмбрионов на финальном этапе развития).
Обычная схема клонирования животного на примере овечки Долли. Донором ядра была взрослая клетка, забранная из молочной железы одной овцы (справа). Ядро при помощи электрического импульса смешали с яйцеклеткой с удалённым ядром от второй особи (слева).
Ооцит пересадили суррогатной матери, из него развилась Долли, клон донора ядра (иллюстрация с сайта allthingsstemcell.com).
А ещё Чжоу и Цзэн желают сравнить «перепрограммированных» мышек с клонированными (выращенными хорошими способами). Учёные полагают, таковой обходной способ разрешит взять всецело аналогичных клонов с меньшим числом отклонений.
