Путём «перепрограммирования» клеток человеческой кожи учёные смогли вполне успешно вырастить модельные версии ранних человеческих эмбрионов. Этот прорыв потенциально открывает новые способы изучения самых ранних этапов развития человека, изучения нарушений развития, бесплодия и генетических заболеваний, а также, вполне возможно, даже повышения эффективности лечения ЭКО.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда под руководством Хосе Поло (Jose Polo) из Университета Монаша, Австралия, обнаружила, что при определённом воздействии на клетки кожи формируются трехмерные структуры, похожие на ранние человеческие эмбрионы. О подобном подвиге сообщила и американско-китайская исследовательская группа во главе с Цзюнь Ву (Jun Wu), которая создала структуры, напоминающие очень раннюю стадию эмбриона, называемую «бластоцистой».

Выращивание «человеческих органов» в чашке

Учёным удалось вырастить «человеческие эмбрионы» из клеток кожи.
Бластоциста человека. Исследователи создали «модельные» версии этой ранней эмбриональной структуры, перепрограммировав клетки кожи человека. Изображение: Harimiao, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

За последние 50 лет исследования показали многое о том, как формируются различные органы нашего тела и что происходит на клеточном уровне во время болезни.

Многие из этих открытий стали результатом недавних прорывов в исследованиях стволовых клеток, с помощью которых учёные в состоянии эффективно создавать трёхмерные модели или миниатюрные органы из тканей человека, которые напоминают структуру и функции определённых органов в организме.

Эти структуры, известные как органоиды, использовались, чтобы понять, как формируются почки, узнать, что происходит с развивающимся мозгом во время инфицирования вирусом Зика, и протестировать ряд методов лечения, чтобы найти лучшие способы остановить прогрессирование рака кишечника или поджелудочной железы.

Эти достижения основаны на врождённой способности стволовых клеток при правильных условиях организовываться в характерные анатомические и функциональные структуры. Исследователи могут использовать стволовые клетки, взятые из собственной ткани пациента, для создания трёхмерных моделей органа, из которого были взяты эти клетки. Многие, но не все органы имеют свои собственные специфические стволовые клетки.

Другие подходы используют более простой тип стволовых клеток, называемых «плюрипотентные стволовые клетки», полученные из человеческих эмбрионов или созданные в лаборатории из клеток кожи или крови посредством процесса, называемого перепрограммированием. Этот подход означает, что учёные могут создавать стволовые клетки, а затем «уговорить» их имитировать формирование конкретного органа. Хотя эти трёхмерные структуры часто называют мини-органами, они обычно воспроизводят только определённые аспекты архитектуры и функции органа.

Изучение «чёрного ящика» развития

Невзирая на то, что стволовые клетки могут многое рассказать о том, как формируются органы, исследования до сих пор не дали понимания сложного взаимодействия между развивающимся эмбрионом и слизистой оболочкой утробы, необходимых для установления и поддержания беременности.

Этот период, охватывающий первые несколько недель после имплантации, иногда называют «чёрным ящиком» развития, поскольку на этой ранней стадии чрезвычайно трудно получить доступ к репродуктивному материалу.

Более того, даже в странах, где разрешены исследования донорских эмбрионов ЭКО, исследования обычно ограничиваются только первыми 14 днями после оплодотворения, а альтернативные модели на животных не имеют большого значения для раскрытия уникального процесса имплантации эмбрионов человека.

Учитывая, что выкидыши затрагивают каждую шестую беременность, и высокий уровень бесплодия из-за того, что эмбрионы не имплантируются, учёным нужны более эффективные способы понимания и устранения этих разрушительных последствий.

Создание 3D-моделей может дать ответы

Плюрипотентные стволовые клетки человека использовались для создания структур, которые воспроизводят определённые аспекты развития, но не весь эмбрион в момент имплантации и сразу после неё.

Новые открытия предлагают ещё один способ изучить развитие во время имплантации. В отличие от исследований на животных, в которых трёхмерная модель эмбриона составляется путём сборки клеток из заранее установленных линий стволовых клеток, этот подход основан на адаптации технологии, используемой для создания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

В подходе, принятом командой Поло, клетки кожи взрослых доноров сначала обрабатывались, чтобы «перепрограммировать» их в течение нескольких недель, эффективно возвращая их развитие к более раннему, менее специализированному состоянию.

Затем исследователи в течение 6 дней выращивали эти клетки в трёхмерных кластерах, после чего некоторые из них сформировали структуры, очень похожие на «бластоцисты» — заключительный этап эмбрионального развития перед имплантацией. Эти выращенные в лаборатории структуры получили название «i-бластоиды» (“iBlastoids”).

Учёным удалось вырастить «человеческие эмбрионы» из клеток кожи.
Процесс роста бластоцист человека (вверху) и i-бластоидов, выращенных в лаборатории из клеток кожи человека (внизу). Изображение: Monash Biomedicine Discovery Institute

Вторая же группа учёных культивировала линии плюрипотентных стволовых клеток человека, как линии эмбриональных стволовых клеток, так и созданные путём перепрограммирования, в несколько ином двухэтапном процессе, чтобы стимулировать формирование трёхмерных кластеров. Они назвали свои структуры «бластоидами» (“blastoids”).

И хотя i-бластоиды и бластоиды кажутся структурно и функционально похожими на настоящие бластоцисты, пока не ясно, насколько точно они напоминают настоящие человеческие эмбрионы. Хотя было показано, что модели имеют общие генные паттерны и реагируют в культуре способами, характерными для реальных эмбрионов, учёные также обнаружили значительные аномалии, такие как несинхронизированный рост и клетки, которые обычно не присутствуют в эмбрионе.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев