Ученые впервые вырастили из стволовых клеток модель человеческого эмбриона возрастом две недели
Фертильность, раннее прерывание беременности и врожденные дефекты развития можно лучше понять, если глубже погрузиться в то, что происходит сразу после того, как оплодотворенная яйцеклетка попадает в слизистую оболочку матки в начале беременности. Но этические и технические проблемы помешали нам изучить эти критические стадии развития человеческого эмбриона.
«Интенсивный процесс разворачивается в первый месяц, остальные восемь месяцев беременности в основном сопровождаются обильным ростом, — утверждает молекулярный генетик Джейкоб Ханна из Института науки Вейцмана в Израиле. — Но этот первый месяц по-прежнему остается черным ящиком. Наша модель человеческого эмбриона, полученная из стволовых клеток, предлагает этический и доступный способ заглянуть в ранее неизведанную область».
Международная исследовательская группа сумела превратить генетически немодифицированные, недифференцированные стволовые клетки человеческого происхождения в сложные структуры, имитирующие эмбриональное развитие человека. Этот процесс раскрывает замечательную способность стволовых клеток человека к самоорганизации, расширяя недавний прорыв в создании эмбриональноподобных стволовых клеток и предоставляя исследователям новый способ изучения явлений, которые до сих пор были скрыты практическими и этическими проблемами.
Ключевые особенности, которых не было в предыдущих моделях, включают три линии, составляющие плаценту и поддерживающие структуры эмбриона, а также слой клеток, которые формируют эмбрион, прежде чем он складывается сам по себе и разрастается в различные ткани и органы.
Предыдущие исследования показали, что стволовые клетки, удаленные из эмбрионов мыши, все еще можно искусственно направлять для роста в ткани, которые поддерживают и составляют сам эмбрион, самосборкой в структурную модель эмбриона на основе стволовых клеток (SEM) на стадии после гаструляции, где Эмбриональные клетки формируют три основных типа тканей организма.
«Мы распространяем эти результаты на людей, используя только генетически немодифицированные наивные эмбриональные стволовые клетки человека», — пишут Ханна и коллеги. Они определили оптимальные условия, включая количество клеток, соотношение в клеточных смесях и составы культур для различных стадий, начиная с момента, когда имплантация происходит через 7–8 дней после оплодотворения.
Модели изображают сборку всех известных линий и компонентов ранних стадий человеческих эмбрионов, включая эпибласт, гипобласт, внеэмбриональную мезодерму, трофобласт и желточный мешок. Было обнаружено, что профили клеток из набора данных SEM человека напоминают характер экспрессии генов и состав типов клеток в эмбрионах человека вскоре после имплантации по сравнению с эталонным набором данных.
Авторы отмечают, что человеческие СЭМ не идентичны эмбрионам, но они представляют собой модель, открывающую огромные возможности для исследований.
«Многие неудачные беременности происходят в первые несколько недель, часто еще до того, как женщина узнает, что беременна. Именно тогда возникают многие врожденные дефекты, хотя они, как правило, обнаруживаются гораздо позже. Наши модели можно использовать для выявления биохимических и механических сигналов, которые обеспечивают правильное развитие на этой ранней стадии, а также того, почему это развитие может пойти не так», — пишут они.