Группа ученых под руководством Хуана Исписуа Бельмонте опубликовала данные о создании первых химерных зародышей человека и обезьяны. Всего ученые собрали 132 химерных эмбриона — но не стали имплантировать их в матку, а довели часть из них в культуре in vitro до 20-го дня развития. Человеческие клетки внутри химер прижились успешно: в поздних зародышах они составляли до 7 процентов от эмбриональных тканей. И даже обменивались сигналами со своими соседями — клетками макака-крабоеда. Работа опубликована в журнале Cell.
В 2019 году одна за другой появились две новости из мира химерных зародышей: правительство Японии одобрило создание эмбрионов из клеток человека и мыши, а в Китае к этому времени уже вырастили зародыш-гибрид человека и обезьяны. О результатах первого, японского эксперимента мы до сих пор ничего не знаем. Данные о втором, китайском исследовании, были фрагментарными — это была утечка в испанскую газету, а сама работа тогда еще не вышла. И только сейчас результаты появились в печати. Как рассказали авторы работы изданию STAT, ее не получилось быстро довести до конца и опубликовать из-за пандемии.
Создание химерных зародышей — задача полезная (например, внутри них можно было бы выращивать запасные органы для человека), но этически неоднозначная (подробнее об этом — в нашем блоге «Свиное сердце»). Ученые и биоэтики до сих пор не могут договориться о том, в какой момент стоит останавливать подобные эксперименты — из опасений, что нервные или половые клетки человека окажутся встроены в ткани животного. Поэтому в США такого рода исследования не получают государственного финансирования, и группе Хуана Карлоса Исписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisúa Belmonte) пришлось проводить их в Китае.
Однако договориться с эмбриональными клетками оказалось еще сложнее, чем с этическим комитетом. Дело в том, что в предыдущих экспериментах с химерами «человек-обезьяна» человеческие клетки приживались плохо — быстро останавливались в развитии или гибли апоптозом.
Решать эту проблему можно разными способами. Например, недавно мы рассказывали о том, как человеческую мышцу вырастили в химерном эмбрионе со свиньей. Для того, чтобы это стало возможно, в клетках человека выключили ген TP53, который отвечает, среди прочего, за клеточное самоубийство.
Группа Бельмонте пошла по другому пути — ученые «усовершенствовали» эмбриональные клетки человека. Обычно для таких экспериментов их получают путем репрограммирования: берут взрослые клетки организма и «откатывают» до зародышевого состояния, когда они способны дать любые ткани человека, но не внезародышевые ткани (вроде плаценты). В ходе «усовершенствования» клетки обрабатывают дополнительными сигнальными веществами, чтобы «откатить» их еще дальше — на ту стадию, когда из них можно получить и зародышевые, и внезародышевые ткани.
Исследователи взяли 132 эмбриона макака-крабоеда на стадии бластоцисты (шестой день после оплодотворения, зародыш похож на полый шар с кучкой клеток на одной из стенок) и ввели в каждый по 25 усовершенствованных эмбриональных человеческих клеток. Эти клетки пометили красным флуоресцентным белком, чтобы проще было их потом разглядеть в химерном зародыше. Оказалось, что на седьмой день все 132 гибридных зародыша светились красным — то есть человеческие клетки в них прижились.
Бельмонте и коллеги продолжили культивировать химерные эмбрионы in vitro — разработанный ими метод позволяет выращивать зародыши в течение нескольких недель, не подсаживая в матку. До 15-го дня развития дожила половина химер, до 19-го — около 10 процентов (дальше их не культивировали). К этому моменту эмбрионы пережили в пробирке аналог имплантации и гаструляции (разделения на несколько слоев и формирования общего плана тела). Доля человеческих клеток в зародышевых тканях оказалась до 7 процентов. Это выше предыдущего рекорда в химере человек-мышь (4 процента) и сильно выше, чем то, что удавалось получить в химерах человек-свинья (доли процента).
Так выживали эмбрионы: контрольные (черный) и химерные (зеленый)
Tan et al. / Cell, 2021
Во внезародышевых тканях клеток человека нашлось меньше — около 4 процентов. Это может быть связано с тем, что они случайно реже попадают в эти ткани или что программа развития внезародышевых тканей разнится у обезьян и людей.
Чтобы проследить за тем, что происходит внутри гибридных зародышей, авторы работы разобрали их на отдельные клетки и отсеквенировали РНК этих клеток — так можно было проверить, какие гены в них работают и, соответственно, во что эти клетки собираются превратиться. Оказалось, что клетки обезьян более прочно стоят на своем пути развития — по набору транскриптов их проще разделить на зародышевые и внезародышевые ткани. А вот все типы человеческих клеток были похожи по набору РНК-транскриптов. Заодно выяснилось, что работа генов в химерных зародышах отличается от таковой в контрольных, состоящих из клеток только обезьяны или человека. В частности, внутри гибридов клетки экспрессировали больше генов, связанных с разными поверхностными рецепторами — то есть, судя по всему, человеческая и обезьянья части химеры активно «общались» друг с другом.
Химерные эмбрионы обезьяны и человека
Как и любое первое в своей области исследование, работа Бельмонте и коллег вызывает больше вопросов, чем дает ответов. Им предстоит еще выяснить, можно ли сделать химерные эмбрионы более жизнеспособными и научить человеческие клетки лучше внутри них выживать. К тому же, впереди много работы на поле взаимодействия человеческих клеток с обезьяньими — придется разбираться в том, как они влияют друг на друга, можно ли их сделать более «дружелюбными» и как они продолжат общаться в развивающихся тканях.
