Впервые искусственно создан полноценный эмбрион из стволовых клеток

Учёным из Кембриджского университета (University of Cambridge), Великобритания, удалось создать структуру, напоминающую эмбрион мыши. Для получения зародыша использовались эмбриональные стволовые клетки и клетки трофобласта, а также трёхмерный каркас из внеклеточного матрикса для формирования структуры. Результаты эксперимента опубликованы 2 марта 207 года в Science.

Изучение самых ранних стадий развития эмбриона может помочь в понимании причин двух из трёх неудачных беременностей у людей.

После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом, она делится несколько раз, образуя сферу из стволовых клеток. Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые со временем сформируют тело эмбриона, объединяются в кластер у одной из стенок сферы. Данная стадия развития называется бластоциста. Два других типа стволовых клеток (СК) бластоцисты формируют в дальнейшем экстра-эмбриональные ткани: из СК трофобласта (ТСК) развивается плацента, а из клеток примитивной энтодермы – желточный мешок, который участвует в питании плода.

Предыдущие попытки выращивания эмбрион-подобных структур с использованием только ЭСК не увенчались полным успехом. Причиной было то, что ранние стадии развития эмбриона требуют различных типов клеток для тесной взаимосвязи друг с другом.

Однако в настоящем исследовании учёные из Кембриджа, используя трёхмерный каркас из внеклеточного матрикса и генетически модифицированные ЭСК и ТСК мыши, смогли вырастить структуру, способную саморазвиваться и напоминающую по строению обычный эмбрион.

«Эмбриональные и экстра-эмбриональные клетки начали общаться друг с другом и организовались в структуру, которая выглядит и ведёт себя, как эмбрион. Он имеет анатомически правильные отделы, которые развиваются в нужном месте, в нужное время», — объясняет Магдалена Зерника-Гётц (Magdalena Zernicka-Goetz), руководитель исследования.

Группа профессора Зерники-Гётц обнаружила поразительный уровень коммуникации между данными двумя типами стволовых клеток: в некотором смысле, клетки общаются друг с другом в зародыше, чтобы занять своё определённое место.

«Мы знали, что взаимодействие между различными типами стволовых клеток играет важную роль в развитии, но наша работа продемонстрировала поразительную вещь – настоящее сотрудничество. Данные клетки действительно направляют друг друга», — говорит Зерника-Гётц. «Без этого сотрудничества не происходит правильного развития структуры и формы, а также своевременной активации ключевых биологических механизмов».

Сравнивая искусственно выращенный эмбрион с нормальным зародышем, команда смогла показать, что их формирование происходит по одинаковой схеме развития. Стволовые клетки созданного эмбриона самоорганизовались в бластулу с ЭСК на одном полюсе и ТСК – на другом. Затем сформировалась проамниотическая полость, в которой будет развиваться зародыш.

Хотя искусственный эмбрион очень напоминает обычный, маловероятно, что из него в дальнейшем сформируется здоровый плод, говорят исследователи. Для этого, вероятно, потребуется третий тип стволовых клеток, дающих начало желточному мешку, обеспечивающему питание и кровоснабжение развивающегося зародыша. Кроме того, система не была оптимизирована для правильного развития плаценты.

Профессор Зерника-Гётц недавно разработала методику, которая позволяет бластоцисте развиваться in vitro, минуя стадию имплантации. Это позволило исследователям впервые проанализировать ключевые этапы развития эмбриона человека в течение 13 дней после оплодотворения. Она считает, что последние разработки могут помочь преодолеть одно из главных препятствий на пути исследования зародыша человека: нехватку эмбрионов. В настоящее время эмбрионы для исследований получают из яйцеклеток, пожертвованных клиниками после процедуры ЭКО.

«Мы полагаем, что сможем сымитировать множество процессов, происходящих в течение развития зародышей возрастом до 14 дней, используя эмбриональные и экстра-эмбриональные стволовые клетки человека, и методику, которую мы применяли для СК мышей. Мы с большим оптимизмом полагаем, что это позволит нам изучить ключевые события данного критического этапа развития человека, фактически, без использования самих эмбрионов. Знание того, как происходит нормальное развитие, позволит нам понять, почему часто оно происходит с нарушениями», — добаваляет Зерника-Гётц.