Учёные создали модель человеческого эмбриона из стволовых клеток, культивируемых в лаборатории

Цифровая 3D-реконструкция модели эмбриона человека, полученного из стволовых клеток, эквивалентная 14-му дню после оплодотворения

Учёные создали модель человеческого эмбриона из стволовых клеток, культивируемых в лаборатории, которая позволяет получить беспрецедентное представление о критической первой неделе после имплантации в стенку матки.

Проблемы бесплодия, потери беременности на ранних сроках и врождённые пороки развития можно лучше понять, если глубже изучить то, что происходит сразу после того, как оплодотворённая яйцеклетка проникает в стенку матки в начале беременности. Однако этические и технические проблемы препятствуют изучению этих важнейших этапов развития человеческого эмбриона.

"Самое интересное происходит в первый месяц, остальные восемь месяцев беременности - это в основном рост", - говорит молекулярный генетик Джейкоб Ханна из Научного института Вейцмана в Израиле. - Но первый месяц всё ещё остаётся в значительной степени "чёрным ящиком". Наша модель человеческого эмбриона, полученная из стволовых клеток, предлагает этичный и доступный способ заглянуть в этот ящик".

Иммунофлуоресцентные изображения СЭМ человека на 8-й день после оплодотворения. Трёхмерную структуру можно увидеть на видео ниже.

Международная группа исследователей заставила генетически немодифицированные, недифференцированные стволовые клетки человека сформировать сложные структуры, имитирующие эмбриональное развитие человека.

Этот процесс раскрывает удивительную способность стволовых клеток человека к самоорганизации, развивая недавний прорыв в создании эмбрионоподобных стволовых клеток и предоставляя исследователям новый способ изучения явлений, которые до сих пор оставались непонятными из-за практических и этических проблем.

К числу ключевых особенностей, не наблюдавшихся в предыдущих моделях, относятся три линии, формирующие плаценту и эмбриональные опорные структуры, а также слой клеток, образующих эмбрион до того, как он свернётся и начнёт расти, формируя в различные ткани и органы.

Предыдущие исследования показали, что стволовые клетки, удалённые из эмбрионов мышей, могут быть искусственно направлены на рост в ткани, поддерживающие и составляющие сам эмбрион, самособираясь в структурную модель эмбриона на основе стволовых клеток на стадии после гаструляции, когда эмбриональные клетки превращаются в три основных типа тканей организма.

"Здесь мы распространяем эти результаты на человека, используя при этом только генетически немодифицированные эмбриональные стволовые клетки человека", - пишет Ханна с коллегами. "Далее мы проверили способность формировать эмбрионоподобные структуры... которые могут имитировать различные стадии естественного внутриутробного развития человека".

Учёные определили оптимальные условия, включая количество клеток, соотношение в клеточных смесях и состав культур для различных стадий, начиная с момента имплантации через 7-8 дней после оплодотворения.

"Эти полные модели человека демонстрировали динамику развития, напоминающую основные признаки постимплантационной стадии эмбриогенеза вплоть до 13-14 дня после оплодотворения, - пишут авторы.

На моделях изображена сборка всех известных линий и компонентов ранних стадий эмбриона человека, включая эпибласт, гипобласт, экстраэмбриональную мезодерму, трофобласт и желточный мешок.

Было обнаружено, что профили клеток из набора данных модели человека напоминают паттерны экспрессии генов и состав типов клеток в эмбрионах человека вскоре после имплантации, если сравнивать с эталонным набором данных.

Авторы отмечают, что модели человека не идентичны эмбрионам, но они всё равно открывают огромные возможности для исследований.

"Многие неприятности при беременности происходят в первые несколько недель, часто ещё до того, как женщина узнает о своей беременности. Именно в это время зарождаются многие врождённые пороки развития, хотя обнаруживаются они, как правило, гораздо позже", - говорит Ханна.

"Наши модели могут быть использованы для выявления биохимических и механических сигналов, обеспечивающих правильное развитие на этом раннем этапе, а также вариантов, по которым это развитие может пойти не так".