В некоторых тканях макака-крабоеда, который появился на свет в Китае, 90 процентов клеток экспрессировали зеленый флуоресцентный белок. Чтобы получить такое животное, исследователи ввели светящиеся эмбриональные клетки в зародыш обычной обезьяны и некоторое время растили его в тщательно подобранной среде, прежде чем подсадить в организм матери. Химерные эмбрионы у ученых получались и раньше, но чужеродные клетки в них составляли всего несколько процентов. А добиться рождения живой обезьяны с такой долей химеризма и вовсе удалось впервые. Работа опубликована в журнале Cell.
На самых ранних стадиях развития у зародыша нет иммунной системы. Поэтому можно подселить в него эмбриональные клетки другого организма или даже другого вида. Иногда они там приживаются и участвуют в построении тканей наравне с клетками зародыша-хозяина. Такие химеры могут быть полезны биологам — например, чтобы создавать животных с генетически модифицированными органами. А могут найти свое применение в трансплантологии — если научиться выращивать внутри организма животного человеческие органы и пересаживать их людям. Мы рассказывали о том, как может быть устроена эта технология, в материале «О свиньях и людях» на примере человеческой почки, которую выращивали внутри свиного зародыша.
Но на этом пути есть несколько препятствий. Одно из них — техническое: клетки разных организмов плохо уживаются вместе. И по этому параметру приматы сильно отстают от прочих млекопитающих. В то время как химеру крысы и мыши получали уже неоднократно, с обезьянами это до сих пор не работало — даже когда биологи пытались совместить клетки двух обезьян одного вида. Доля чужеродных клеток в химерном зародыше составляла максимум 0,1–4,5 процента. Этого недостаточно, если нужно, чтобы из модифицированных клеток вырос сколько-нибудь крупный орган.
Группа исследователей под руководством Лю Чженя (Zhen Liu) из Института нейронаук в Шанхае предложила решать эту проблему с помощью среды культивирования. То есть искать такой набор сигнальных веществ, который сможет привести клетки на ту же стадию развития, на которой находится зародыш-хозяин. Поэтому ученые попробовали растить эмбриональные стволовые клетки макаков-крабоедов в разных средах и проверили их качество разными способами. Среди прочего, оценивали экспрессию генов, профиль метилирования ДНК и стабильность генома. Самой эффективной признали среду 4CL — ту же самую, которую использовали в эксперименте с человеческой почкой в свином зародыше. В той работе участвовало несколько человек из группы Лю, и они культивировали в 4CL клетки человека, прежде чем подсадить их в эмбрион свиньи.
Потом исследователи отработали метод создания химер. Они встроили в эмбриональные стволовые клетки ген зеленого флуоресцентного белка, чтобы их легко можно было заметить внутри зародыша. Потом взяли эмбрионы макаков на стадии морулы (это шарик без полостей из примерно 30 клеток) и ввели в каждый по 15 модифицированных клеток. Дальше нужно было снова подобрать среду — на этот раз ту, в которой лучше всего выживают химерные эмбрионы. В самом удачном из вариантов выживаемость эмбрионов составила 59 процентов, и почти все они светились зеленым, то есть были химерными.
Дальше ученые попробовали выращивать эти химерные зародыши in vitro. Их дорастили до 17 дня после оплодотворения — в этот момент обычные эмбрионы имплантируются в матку, а в лабораторных условиях у них просто появляются разные типы клеток, характерные для зародышевых и внезародышевых тканей. Авторы работы проверили, что это происходит и в химерных эмбрионах, а их выживаемость сравнима с обычными зародышами в условиях in vitro (11 из 25 против 15 из 33).
Наконец, исследователи попробовали получить живую химерную обезьяну. Для этого они провели 206 инъекций светящихся клеток в морулы. Из них получился 91 эмбрион, из них 74 пересадили животным, и 12 обезьян забеременели. Живыми на свет появились 6 детенышей — но светящиеся клетки нашли только в одном из них, детеныше номер 10 (и еще в одном абортированном плоде). Исследователи проверили 26 его тканей с помощью разных методов: ПЦР гена флуоресцентного белка, проточная цитофлуориметрия (которая отсеивает только светящиеся клетки), секвенирование геномных и митохондриальных последовательностей. Светящиеся клетки нашлись везде (включая половые органы). Уровень химеризма оказался разным в зависимости от ткани, доходя до 92 процентов. В среднем (если ориентироваться на секвенирование геномной ДНК) светящиеся клетки составили 67 процентов исследованных органов. У абортированного плода эта доля оказалась ниже: 15–18 процентов.
Таким образом список животных химер пополнился макаком-крабоедом. Но до внедрения этого метода в лабораторную практику пока еще далеко. Сами авторы работы отмечают, что эффективность их технологии невысока. Далеко не во всех эмбрионах прижились светящиеся клетки, иногда они исчезли на поздних стадиях развития. И далеко не все зародыши прижились у суррогатных матерей — эффективность здесь была заметно ниже, чем при обычном экстракорпоральном оплодотворении. К тому же, единственный химерный детеныш прожил недолго — через 10 дней после появления на свет у него развилась дыхательная недостаточность, и его усыпили. Поэтому исследователи предполагают, что среду культивирования нужно будет усовершенствовать, чтобы чужеродные клетки еще лучше чувствовали себя внутри зародыша.
Группа Лю экспериментирует не только с химерными зародышами, но и искусственными — то есть собирает эмбрионы из стволовых клеток, минуя стадию оплодотворения и первых дней развития. В этом году они отчитались о том, что их искусственные эмбрионы жизнеспособны — по крайней мере, некоторые из них смогли имплантироваться в матку обезьян. Но до рождения живых детенышей пока еще не дошло.
