Для повышения продуктивности воспроизводства сельскохозяйственных животных, получения трансгенных и нокаутных лабораторных животных, а также с целью повышения эффективности вспомогательных репродуктивных методик все чаще используются такие технологии выполнения экспериментов, когда опыты проводятся «в пробирке» — вне живого организма, или «in vitro». Для успешного развития подобных технологий необходимо доскональное знание всех этапов развития эмбриональных клеток и особенностей их окружения. Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино проводят исследования в области доимплантационного развития эмбрионов млекопитающих. Некоторые из результатов этой работы были опубликованы в последнем номере журнала Bulletin of Experimental Biology and Medicine.
Работа пущинских биофизиков направлена на оптимизацию свойств среды, используемой для культивирования раннего эмбриона. Дело в том, что из-за несоответствия среды культивирования инкубационного раствора изолированного эмбриона его естественному, природному окружению, эмбриональная клетка подвергается стрессу. Трудно прогнозировать, каким образом отразится такой стресс на качестве потомства. Сравнительные эксперименты показали, что скорость деления эмбриональной клетки in vitro ниже, чем в естественных условиях - in vivo. По-видимому, из-за этого происходит снижение количества клеток эмбриона на стадии бластоцисты в культуре, что влияет на процент рождаемости у кроликов и мышей.
В своей работе ученые провели анализ элементного состава жидкости в просвете яйцевода и матки млекопитающих. Их исследования показали наличие высокого содержания ионов калия в среде, окружающей ранний эмбрион in vivo – в живом организме. Затем они рассмотрели результаты раннего эмбриогенеза млекопитающих in vitro на фоне высокого уровня калия и систематизировали этот материал в соответствии с условиями экспериментального моделирования предимплантационного развития. Руководитель этого проекта, заведующий Лабораторией функциональной гистохимии ИТЭБ РАН, доктор биологических наук, профессор Александр Григорьевич Погорелов рассказывает: «Мы провели измерение концентрации ионов калия с учётом репродуктивного статуса самки мыши и участка ее генитального тракта, а также сделали сравнительный анализ содержания этого катиона в ее половых путях, сыворотке крови и перитониальной жидкости. Сравнительная оценка качества развития эмбриона до стадии бластоцисты in vitro свидетельствует о более успешном развитии в среде, содержащей калий в концентрации близкой к величине, регистрируемой в жидкости просвета яйцевода. С возрастанием содержания калия количество бластоцист на момент окончания культивирования увеличивается на 10 %».
Однако превышение концентрации калия также не желательно. В таких условиях ученые наблюдали либо снижение количества имплантаций эмбрионов, либо их гибель еще до момента имплантации, в зависимости от того, какова была концентрация калия в среде культивирования.
Таким образом, ученые сделали вывод, что клетка раннего эмбриона млекопитающего представляет собой систему, которая очень сильно зависит от внешнего окружения. А это окружение далеко не всегда не всегда соответствует условиям функционирования обычной, соматической клетки. Возможно, это объясняет специфичную реакцию эмбриона в фазе доимплантационного развития на культивирование в средах, созданных с учетом опыта культивирования уже дифференцированных клеток.
Исследования пущинских ученых в области развития раннего эмбриона млекопитающих связаны не только с прикладными направлениями исследований, но и могут помочь сохранению редких и исчезающих, и даже уже исчезнувших видов млекопитающих.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 16-16-00020).
A. G. Pogorelov, A. A. Smirnov, and V. N. Pogorelova. High Potassium Concentration during Culturing of Early Mammalian Embryos: Normal or Extreme Situation? Bull Exp Biol Med. 2017 May;163(1):163-168
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28577101
Погорелов А.Г., Смирнов А.А., Погорелова В.Н. Высокий калий норма или экстремальная ситуация при культивировании ранних эмбрионов млекопитающих. Клеточные технологии.2017, 1, стр.: 55-60
https://elibrary.ru/item.asp?id=28825563
Контакты для журналистов:
Татьяна Перевязова, пресс-секретарь ИТЭБ РАН, 8-903-224-46-31, iteb-press@yandex.ru
Галерея
