Исследовательская группа под руководством профессора Джейкоба Ханны из Института науки Вейцмана (Израиль) создала полноценные модели человеческих эмбрионов из стволовых клеток, культивированных в лаборатории, и сумела вырастить их вне матки до 14-го дня. Итоги эксперимента описаны на сайте института.
Выращенные учеными модели эмбрионов имели все структуры и отделы, присущие конкретной стадии развития, включая плаценту, желточный мешок, хорионический мешок и другие ткани, обеспечивающие динамичный и адекватный рост зародыша.
Аналогичные модели, полученные из стволовых клеток человека в предыдущих исследованиях, нельзя было считать точными моделями человеческого зародыша, поскольку у них отсутствовали почти все определяющие признаки, присущие эмбриону в постимплантационном состоянии. В частности, на предыдущей стадии эксперимента у моделей зародыша не хватало нескольких типов клеток, необходимых для их дальнейшего развития — например, тех, из которых формируются плацента и хорионический мешок. Вдобавок те модели эмбрионов не имели структуры, присущей зародышу, и не обнаруживали способности к переходу на следующую стадию развития.
Успех, достигнутый израильскими учеными, сулит «беспрецедентную возможность узнать много нового о загадочной начальной стадии развития эмбрионов», о которой мало что известно, поскольку ее изучение сопряжено со множеством проблем как технического, так и этического характера. При этом начальные стадии существования зародыша имеют решающее значение для его дальнейшего развития.
«Комок клеток в течение трех-четырех недель превращается в хорошо структурированный эмбрион. Драма разворачивается в первый месяц, остальные восемь месяцев беременности — это в основном бурный рост. Но этот первый месяц по-прежнему остается «черным ящиком». Наша модель человеческого эмбриона, полученная из стволовых клеток, предлагает этический и доступный способ заглянуть в этот ящик. Он точно имитирует развитие настоящего человеческого эмбриона, особенно появление его изысканно красивой архитектуры», — пояснил руководитель исследования Джейкоб Ханна.
Они с коллегами не использовали оплодотворенные яйцеклетки и человеческую матку для своих исследований, опираясь лишь на собственный опыт создания моделей мышиных эмбрионов на основе стволовых клеток. Создавая модель человеческого зародыша, ученые применяли плюрипотентные стволовые клетки человека, которые обладают способностью превращаться во многие типы клеток. Некоторые из них получены из клеток кожного покрова, другие — позаимствованы из лаборатории, где культивировались годами.
В работе с клетками кожи исследователи применяли недавно разработанный Ханной метод перепрограммирования плюрипотентных стволовых клеток, чтобы вернуть их в еще более раннее — «наивное» — состояние, из которого они способны переродиться в клетки разных типов. Эта стадия соответствует седьмому дню естественного развития человеческого эмбриона — как раз примерно тому сроку, когда происходит его имплантация в матку.
Фактически команда Ханны первой в мире начала описывать методы создания «наивных» стволовых клеток человека еще в 2013 году. С тех пор израильские исследователи продолжали совершенствовать эти методы, которые и легли в основу их текущего проекта.
«Эмбрион по определению самостоятелен; нам не нужно указывать ему, что делать, — мы должны только раскрыть закодированный в нем внутренний потенциал. Очень важно с самого начала смешивать правильные типы клеток, которые могут быть получены только из «наивных» стволовых клеток, не имеющих ограничений в развитии. Как только вы это сделаете, подобная эмбриону модель сама скажет: «Вперед!»», — делится Ханна.
По словам руководителя исследования, модели эмбрионов можно будет использовать для исследований, направленных на уменьшение рисков потери плода на ранних сроках беременности. «Во многих случаях потеря плода происходит в первые несколько недель — часто еще до того, как женщина узнает, что беременна. Именно тогда возникают многие врожденные дефекты, хотя обнаруживаются они обычно гораздо позже. Наши модели можно использовать для выявления биохимических и механических сигналов, подтверждающих верный ход развития эмбриона на ранней стадии, и выяснения причин, по которым это развитие пошло не так», — пояснил ученый.