Понимание самых ранних стадий развития эмбриона представляет интерес, потому что это знание может помочь объяснить, почему более двух из трех беременностей у человека в настоящее время терпят неудачу.После того, как яйцеклетка млекопитающего оплодотворена спермой, она многократно делится, образуя небольшой свободно плавающий шар стволовых клеток. Конкретные стволовые клетки, из которых в конечном итоге будет сформировано будущее тело, эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) сгруппированы внутри эмбриона на одном конце: эта стадия развития известна как бластоциста. Два других типа стволовых клеток в бластоцисте — это экстраэмбриональные стволовые клетки трофобласта (TSC), которые образуют плаценту; и примитивные стволовые клетки энтодермы, которые образуют так называемый желточный мешок, обеспечивающий правильное развитие органов плода и обеспечивающий необходимые питательные вещества.
Предыдущие попытки выращивать эмбрионоподобные структуры с использованием только ESCs имели ограниченный успех. Это связано с тем, что раннее развитие эмбриона требует, чтобы различные типы клеток тесно координировались друг с другом.Однако в исследовании, опубликованном сегодня в журнале Science, кембриджские исследователи описывают, как, используя комбинацию генетически модифицированных мышиных ESC и TSC, вместе с трехмерным каркасом, известным как внеклеточный матрикс, они смогли вырастить структуру, способную собирать сам по себе, и его развитие и архитектура очень напоминали естественный зародыш.
«И эмбриональные, и экстраэмбриональные клетки начинают общаться друг с другом и становятся организованными в структуру, которая выглядит и ведет себя как эмбрион», — объясняет профессор Магдалена Зерницка-Гетц из отделения физиологии, развития и неврологии, руководившая исследованием. исследовать. «Он имеет анатомически правильные области, которые развиваются в нужном месте и в нужное время».Профессор Зерницка-Гетц и его коллеги обнаружили замечательную степень связи между двумя типами стволовых клеток: в некотором смысле клетки сообщают друг другу, в каком месте эмбриона им разместиться.«Мы знали, что взаимодействие между различными типами стволовых клеток важно для развития, но поразительная вещь, которую демонстрирует наша новая работа, заключается в том, что это настоящее партнерство — эти клетки действительно направляют друг друга», — говорит она. «Без этого партнерства правильное развитие формы и формы, а также своевременная работа ключевых биологических механизмов не может происходить должным образом».
Сравнивая свой искусственный «эмбрион» с нормально развивающимся эмбрионом, команда смогла показать, что его развитие следовало той же схеме развития. Стволовые клетки организуются с ESC на одном конце и TSC на другом. Затем внутри каждого кластера открывается полость, прежде чем соединиться вместе, в конечном итоге превращаясь в большую, так называемую проамниотическую полость, в которой будет развиваться эмбрион.Хотя этот искусственный эмбрион очень похож на настоящий, маловероятно, что он в дальнейшем разовьется в здоровый плод, говорят исследователи.
Для этого, вероятно, потребуется третья форма стволовых клеток, которая позволит развиваться желточному мешку, который обеспечивает питание эмбриона и внутри которого развивается сеть кровеносных сосудов. Кроме того, система не оптимизирована для правильного развития плаценты.
Профессор Зерницка-Гетц недавно разработала методику, которая позволяет бластоцистам развиваться in vitro после стадии имплантации, что позволяет исследователям впервые проанализировать ключевые этапы развития человеческого эмбриона до 13 дней после оплодотворения. Она считает, что эта последняя разработка может помочь им преодолеть одно из основных препятствий на пути исследования человеческих эмбрионов: нехватку эмбрионов. В настоящее время эмбрионы развиваются из яйцеклеток, переданных через клиники ЭКО.«Мы думаем, что можно будет имитировать множество событий развития, происходящих до 14 дней, с использованием человеческих эмбриональных и внеэмбриональных стволовых клеток, используя подход, аналогичный нашей методике с использованием стволовых клеток мыши», — говорит она. «Мы очень оптимистично настроены в том, что это позволит нам изучить ключевые события этого критического этапа человеческого развития, не работая с эмбрионами.
Знание того, как обычно происходит развитие, позволит нам понять, почему оно так часто идет не так».Исследование в значительной степени финансировалось Wellcome Trust и Европейским исследовательским советом.Доктор Эндрю Чизхолм, руководитель отдела клеточных исследований и развития в Wellcome, сказал: «Это элегантное исследование создания эмбриона мыши в культуре, которое дает нам представление о самых ранних стадиях развития млекопитающих.
Работа профессора Зерницкой-Гетц действительно показывает важность фундаментальных исследований, помогающих нам решать сложные проблемы, для которых у нас еще нет достаточных доказательств. Теоретически подобные подходы могут однажды быть использованы для изучения раннего человеческого развития, проливая свет на роль материнской среды в врожденных дефектах и здоровье ".