Исследователи Калифорнийского университета в Сан-Франциско нашли способ приостановить развитие ранних эмбрионов мышей на срок до месяца в лаборатории. Это открытие имеет потенциальные последствия для вспомогательной репродукции, регенеративной медицины, старения и даже рака, говорят авторы..
Новое исследование, опубликованное в Интернете 23 ноября 2016 года в журнале Nature, включало эксперименты с предимплантационными эмбрионами мышей, называемыми бластоцистами. Исследователи обнаружили, что препараты, подавляющие активность основного регулятора клеточного роста, называемого mTOR, могут переводить эти ранние эмбрионы в стабильное и обратимое состояние анабиоза.
«Обычно бластоцисты живут в лаборатории максимум день или два. Но бластоцисты, обработанные ингибиторами mTOR, могут выживать до четырех недель», - сказал ведущий автор исследования Айдан Булут-Карслиоглу, доктор философии, постдокторский исследователь в лаборатории старшего автора Мигеля Рамальо-Сантоса, доктора философии, который является адъюнкт-профессором акушерства/гинекологии и репродуктивных наук в UCSF.
Булут-Карслиоглу и его коллеги показали, что приостановленные эмбрионы могут быстро возобновить нормальный рост после удаления ингибиторов mTOR и превратиться в здоровых мышей, если их снова имплантировать матери-реципиенту.
Открытие стало неожиданностью для исследователей
Это открытие стало неожиданностью для исследователей, которые намеревались изучить, как препараты, ингибирующие mTOR, замедляют рост клеток в бластоцистах, а не найти способ погрузить эмбрионы в спячку.
"Это было совершенно неожиданно. Мы стояли в комнате для культивирования тканей, чесали затылки и говорили: "Вау, что мы из этого делаем?" - сказал Рамальо-Сантос, член Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод. «Для сравнения, мышиная беременность длится всего около 20 дней, поэтому 30-дневные эмбрионы с «паузой», которые мы видели, были бы щенками, приближающимися к отлучению от груди, если бы им позволили нормально развиваться».
Дальнейшие эксперименты показали, что культивируемые эмбриональные стволовые клетки мыши, полученные из эмбриона на стадии бластоцисты, также могут быть переведены в анабиоз с помощью ингибиторов mTOR. Ученые обнаружили, что лекарства действуют, снижая активность генов в большей части генома, за исключением нескольких так называемых «репрессорных» генов, которые сами по себе могут подавлять активность генов. Исследователи протестировали ряд различных ингибиторов mTOR и обнаружили, что наиболее эффективным был новый синтетический препарат под названием Rapa-Link, который был недавно разработан в UCSF лабораторией доктора философии Кевана Шоката.
Исследователи считают, что можно продлить анабиоз гораздо дольше, чем 30 дней, наблюдавшихся в настоящем исследовании, Булут-Карслиоглу сказал: «Наши спящие бластоцисты в конце концов умирают, когда у них заканчиваются некоторые необходимые вещества. метаболитов внутри них. Если бы мы могли поставлять эти ограничивающие питательные вещества в культуральную среду, мы могли бы поддерживать их еще дольше. Мы просто еще не знаем точно, в чем они нуждаются."
Сон, вызванный лекарствами, имитирует естественную паузу
Bulut-Karslioglu и его коллеги продемонстрировали, что состояние покоя, которое они смогли вызвать в бластоцистах, блокируя mTOR, было почти идентично естественной способности мышей приостанавливать беременность на ранних стадиях. Этот временный застой, называемый диапаузой, встречается у всех видов животного мира, а у млекопитающих, от мышей до валлаби, он обычно позволяет матерям отсрочить беременность, когда пищи не хватает или они испытывают стресс по другим причинам.
Имеет смысл, что mTOR будет участвовать в процессе диапаузы, сказал Рамальо-Сантос: «mTOR - это прекрасный регулятор времени развития, который работает, будучи датчиком питательных веществ. Он не просто заставляет клетки расти. волей-неволей; он настраивает рост клеток в зависимости от уровня питательных веществ, доступных в окружающей среде».
Это открытый вопрос, есть ли у людей способность приостанавливать беременность на стадии бластоцисты, сказал Булут-Карслиоглу, потому что время от оплодотворения до имплантации трудно измерить у людей. Тем не менее, неподтвержденные сообщения практикующих экстракорпоральное оплодотворение о необычно длительных беременностях и несоответствиях между сроками переноса искусственного эмбриона и наступившей беременностью предполагают, что люди тоже могут иметь возможность отсрочить имплантацию оплодотворенных эмбрионов в некоторых обстоятельствах.
Значение для других областей медицины
Новое исследование может оказать большое влияние на область вспомогательной репродукции, где практикующие врачи в настоящее время ограничены быстрой деградацией эмбрионов, когда они достигают стадии бластоцисты. По словам Булут-Карслиоглу, введение бластоцисты в анабиоз может помочь избежать замораживания эмбрионов и дать врачам больше времени для проверки оплодотворенных бластоцист на наличие генетических дефектов перед их имплантацией.
Ингибиторы MTOR уже проходят клинические испытания для лечения определенных форм рака, но новые результаты указывают на потенциальную опасность такого подхода, сказал Рамальо-Сантос: «Наши результаты показывают, что ингибиторы mTOR могут замедлять рост рака и уменьшать его размеры. опухоли, но могут оставить после себя эти спящие раковые стволовые клетки, которые могут вернуться к распространению после прерывания терапии. Вы можете использовать вторую или третью линию препаратов специально для уничтожения этих оставшихся спящих клеток».
Авторы стремятся изучить, могут ли ингибиторы mTOR и связанные с ними нижестоящие биохимические пути переводить стволовые клетки в спящее состояние на более поздних стадиях развития, что может иметь серьезные последствия для усилий по восстановлению или замене больных органов в области регенерации. лекарственное средство. По словам авторов, результаты также могут иметь потенциальное значение в исследованиях старения, где уже было показано, что ингибиторы mTOR продлевают жизнь мышей и других животных, что, по мнению авторов, может быть частично связано с сохранением большего количества молодых стволовых клеток.
«Это отличный пример силы фундаментальной науки», - сказал Рамальо-Сантос. «Мы не искали способов приостановить развитие бластоцисты или имитировать диапаузу. Мы не пытались смоделировать старение или протестировать методы лечения рака или разработать более совершенные методы регенерации тканей или трансплантации органов. сказал нам, что мы подошли к чему-то, что мы должны были понять, и мы не могли игнорировать то, к чему они вели."
Дополнительными авторами статьи являются Штеффен Бихеле, доктор философии, и Триша А. Макрэ из Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод, Центра репродуктивных наук и Центра диабета при Калифорнийском университете в Сан-Франциско; Ху Цзинь, Мирослав Хейна, доктор философии, и Джун С. Сонг, доктор философии Института геномной биологии им. Карла Р. Вёзе при Университете Иллинойса, Урбана-Шампейн; и Марина Герценштейн, доктор философии, из Центра Феногеномики в Торонто.