Моделі людського ембріона можуть відкрити «чорну скриньку» раннього розвитку

Дослідники використали наївні плюрипотентні стовбурові клітини, щоб створити модель ембріона, яка виглядає та діє як природний людський ембріон. Вони кажуть, що це етичний спосіб отримати краще розуміння ембріонального розвитку, який може привести до нових шляхів дослідження вроджених вад і безпліддя.

Між 8 і 10 днями після запліднення яйцеклітина проходить по фаллопієвих трубах і проникає в стінку матки, знаменуючи початок вагітності (з медичної точки зору). Після імплантації ембріон продовжує рости і розвиватися. Саме в цей час відбувається формування основних органів і систем організму, що робить ембріон, що розвивається, вразливим до вроджених дефектів.

Вивчати ембріони, щоб краще зрозуміти їх складний розвиток, важко з етичних і технічних причин. Однак дослідники з Інституту науки Вейцмана в Ізраїлі, можливо, винайшли спосіб зробити це.

«Драма в перший місяць; Решта вісім місяців вагітності — це в основному інтенсивний ріст», — сказав Джейкоб Ханна, автор дослідження. «Але цей перший місяць все ще залишається переважно чорною скринькою. Наша модель людського ембріона, отримана зі стовбурових клітин, пропонує етичний і доступний спосіб зазирнути в цю коробку. Він точно імітує розвиток справжнього людського ембріона, зокрема появу його вишуканої архітектури».

Дослідники спиралися на свій попередній досвід створення синтетичних моделей ембріонів миші, виготовлених виключно зі стовбурових клітин. Як і в попередніх дослідженнях, вони почали з плюрипотентних стовбурових клітин, які мають здатність диференціюватися в багато, але не всі типи клітин. Але дослідники перепрограмували плюрипотентні стовбурові клітини, щоб повернутися до ще більш раннього стану, відомого як наївний стан, зробивши їх здатними до диференціації в клітини будь-якого типу.

Вони розділили наївні плюрипотентні стовбурові клітини на три групи. Ті, що мали розвинутися в ембріон, залишили як є. Клітини двох інших груп обробляли лише хімічними речовинами, тобто генетично немодифікованими, щоб увімкнути певні гени, призначені для того, щоб змусити їх диференціюватися в один із трьох типів тканин, необхідних для підтримки ембріона. Невдовзі після змішування клітини злилися разом, і близько 1% із них самоорганізувалися в цілісні ембріоноподібні структури.

«Ембріон є самокерованим за визначенням; нам не потрібно вказувати йому, що робити – ми повинні лише розкрити його внутрішньо закодований потенціал», – сказала Ханна. «Критично важливо змішати правильні типи клітин на початку, які можуть бути отримані лише з наївних стовбурових клітин, які не мають обмежень у розвитку. Коли ви це зробите, ембріоподібна модель сама скаже: «Іди!».

Структури, подібні до ембріона, нормально розвивалися поза маткою протягом восьми днів, досягаючи стадії розвитку, еквівалентної 14-му дню ембріонального розвитку людини, моменту, коли природні ембріони набувають структур, які дозволяють їм почати розвиток органів тіла.

Дослідники виявили, що їх моделі ембріонів структурно схожі на природні людські ембріони, які можна побачити в старих підручниках. Вони навіть спостерігали присутність і активність клітин, які виробляють хоріонічний гонадотропін людини (ХГЧ), гормон, який використовується при тестуванні на вагітність. Застосування виділень із цих клітин до домашнього тесту на вагітність показало позитивний результат.

«Багато невдач у вагітності трапляється в перші кілька тижнів, часто ще до того, як жінка навіть дізнається, що вона вагітна», — сказала Ханна. «Тоді також виникає багато вроджених вад, хоча вони, як правило, виявляються набагато пізніше. Наші моделі можна використовувати для виявлення біохімічних і механічних сигналів, які забезпечують правильний розвиток на цій ранній стадії, і того, як цей розвиток може піти неправильно».

Їх вивчення вже відкрило новий напрямок для майбутніх досліджень. Дослідники виявили, що якщо ембріон неправильно огорнутий клітинами, що формують плаценту, на третій день, що відповідає 10-му дню природного ембріонального розвитку, його внутрішні структури не розвиваються належним чином.

«Ембріон не є статичним», — сказала Ханна. «Вона повинна мати правильні осередки в правильній організації, і вона повинна мати можливість прогресувати – це про існування та становлення. Наша повна модель ембріона допоможе дослідникам відповісти на основні питання про те, що визначає його правильний ріст».

Дослідники кажуть, що їх модель ембріона може виявити причину вроджених дефектів і типи безпліддя, а також привести до нових технологій вирощування тканин і органів для трансплантації. І це може запропонувати спосіб проведення експериментів, таких як визначення впливу ліків на розвиток, без участі живих ембріонів. Джерело