Ученые разработали в лаборатории модель человеческого эмбриона из стволовых клеток

Исследователи разработали в лаборатории модель человеческого эмбриона, полученную из стволовых клеток. Эта инновационная модель, созданная из плюрипотентных стволовых клеток, позволяет экспериментально моделировать эмбриональное развитие в течение второй недели беременности, критического периода, зачастую связанного с невынашиванием. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature.

Практическая значимость работы

Исследование направлено на то, чтобы улучшить наше понимание генетических нарушений, потери беременности на ранних сроках и происхождения органов из специализированных клеток. Кроме того, это новое достижение может снизить зависимость от донорских человеческих эмбрионов в исследованиях.

Новизна исследования

Кембриджские ученые создали в лаборатории модель человеческого эмбриона, полученную из стволовых клеток, путем перепрограммирования человеческих стволовых клеток. Прорыв может помочь в исследовании генетических нарушений и в понимании того, почему и как прерывается беременность.

Данная модель эмбриона представляет собой организованную трехмерную структуру, полученную из плюрипотентных стволовых клеток, которые воспроизводят некоторые процессы развития, происходящие у ранних человеческих эмбрионов.

Использование таких моделей позволяет экспериментально моделировать развитие эмбриона на второй неделе беременности. Модель может помочь исследователям получить базовые знания о происхождении развития органов и специализированных клеток, таких как сперматозоиды и яйцеклетки, а также облегчить понимание ранней потери беременности.

«Наша модель, похожая на человеческий эмбрион, полностью созданная из человеческих стволовых клеток, дает нам доступ к развивающейся структуре на стадии, которая обычно скрыта от нас из-за имплантации крошечного эмбриона в матку матери», — комментирует профессор Магдалена Зерницка-Гетца (Magdalena Zernicka-Goetz) из Кембриджского университета (University of Cambridge), который руководил работой.

Она добавила: «Эта захватывающая разработка позволяет нам манипулировать генами, чтобы понять их роль в развитии в модельной системе. Это позволит нам проверить действие определенных факторов, что трудно сделать в естественном эмбрионе».

Актуальность исследования

В естественном развитии человека вторая неделя развития является важным моментом, когда эмбрион имплантируется в матку. Это время, когда многие теряют беременность.

Новое достижение позволяет ученым заглянуть в таинственный «черный ящик» периода человеческого развития — обычно после имплантации эмбриона в матку — и наблюдать за процессами, которые раньше напрямую сложно изучить.

Понимание этих ранних процессов развития поможет выявить некоторые причины врожденных дефектов и заболеваний человека, а также разработать методы диагностики для их выявления у беременных женщин.

До сих пор процессы можно было наблюдать только на животных моделях, используя, например, клетки рыбок данио и мышей.

Правовые ограничения в Великобритании в настоящее время запрещают культивирование естественных человеческих эмбрионов в лаборатории после 14-го дня развития: этот срок был установлен, чтобы соответствовать стадии, на которой эмбрион больше не может образовывать близнеца.

До сих пор ученым удавалось изучать этот период развития человека только с помощью донорских человеческих эмбрионов. Этот прогресс может снизить потребность в донорских человеческих эмбрионах для исследований.

Зерницка-Гетц добавляет, что, хотя эти модели могут имитировать аспекты развития человеческих эмбрионов, они не могут и не будут развиваться до эквивалента постнатальной стадии человека.

В течение последнего десятилетия группа Церницкой-Гетц в Кембридже изучала самые ранние стадии беременности, чтобы понять, почему одни беременности заканчиваются неудачей, а другие — успешны.

В 2021, а затем в 2022 году ее команда объявила в журналах «Developmental Cell», «Nature» и «Cell Stem Cell», что они, наконец, создали модельные эмбрионы из стволовых клеток мыши, которые могут развиваться, образуя мозгоподобную структуру, бьющееся сердце и основы всех других органов тела.

Новые модели, полученные из стволовых клеток человека, не имеют мозга или бьющегося сердца, но они включают клетки, которые обычно формируют эмбрион, плаценту и желточный мешок, а затем развиваются, образуя предшественники зародышевых клеток.

Многие беременности прерываются в тот момент, когда эти три типа клеток имплантируются в матку и начинают посылать друг другу механические и химические сигналы, указывающие эмбриону, как правильно развиваться.

Существуют четкие правила, регулирующие модели человеческих эмбрионов на основе стволовых клеток, и все исследователи, занимающиеся моделированием эмбрионов, должны сначала получить одобрение комитетов по этике. Журналы требуют подтверждения этого этического обзора, прежде чем они примут научные статьи для публикации. Лаборатория авторов исследования имеет эти сертификаты.

«Это нарушение закона и правил FDA — переносить любые эмбрионоподобные модели в женщину для репродуктивных целей. Это сильно манипулируемые человеческие клетки, и попытки их репродуктивного использования будут чрезвычайно опасны», — заключает доктор Инсу Хён (Insoo Hyun), директор Центра наук о жизни и общественного обучения в Бостонском музее науки и член Центра биоэтики Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School’s ).

Авторы другого исследования утверждают, что происхождение болезни Альцгеймера может быть заложено в эмбриональном развитии