Ученые собрали из стволовых клеток модель эмбриона человека

Британские и нидерландские биологи создали из стволовых клеток модель для изучения ранней стадии развития человека. Описание исследования приведено в журнале Nature.

Исследователи из Кембриджского университета в Великобритании в сотрудничестве с коллегами из Института Хабрехта в Нидерландах собрали из эмбриональных стволовых клеток человека трехмерную модель, напоминающую по расположению своих ключевых элементов эмбрион человека в возрасте 18-21 день.

Модель, названная гаструлоидом, состоит из трех слоев, организованных в соответствии с ранним планом человеческого тела. План тела возникает в процессе гаструляции, когда появляются первые признаки дифференцировки — возникновения структурных и функциональных различий между отдельными клетками и частями зародыша.

Во время гаструляции у эмбриона формируются три отдельных слоя клеток, которые в дальнейшем образуют все основные системы организма: эктодерма создает нервную систему, мезодерма — мышцы, а энтодерма — кишечник.

Гаструляцию ученые часто называют периодом «черного ящика» человеческого развития — наблюдать его в лабораторных условиях невозможно, потому что законодательные ограничения не позволяют выращивать in vitro человеческие эмбрионы старше 14 дней.

Но многие врожденные дефекты проявляются именно на стадии гаструляции, в том числе связанные с воздействием на плод алкоголя, лекарств, химикатов или инфекций. Лучшее понимание процессов этой стадии, по мнению авторов исследования, позволит пролить свет на многие медицинские вопросы, включая бесплодие, выкидыш и генетические нарушения, и разработать соответствующие тесты для беременных.

Изучение лабораторных животных, таких как мыши и рыбки данио, ранее позволили ученым получить некоторое представление о процессах гаструляции, но зародыши этих организмов ведут себя иначе, чем человеческие эмбрионы, и иначе реагируют на препараты. Поэтому важно было разработать человеческую модель развития, отмечают ученые.

«Наша модель является частью плана человека, — приводятся в пресс-релизе Кембриджского университета слова руководителя исследования, профессора кафедры генетики Альфонсо Мартинеса-Ариаса (Alfonso Martinez-Arias). — Интересно наблюдать процессы развития, которые до сих пор были скрыты от глаз и недоступны для изучения».

Чтобы создать гаструлоид в лаборатории, ученые поместили определенное количество человеческих эмбриональных стволовых клеток в маленькие лунки, где они образовали плотные агрегаты. Анализ химических сигналов показал, что удлинение всех агрегатов, включая генетические цепочки, происходит вдоль переднезадней оси, определяющей положение «головы» и «хвоста» в соответствии с планом тела млекопитающего.

Посмотрев, какие гены экспрессировались на 72 часу развития, исследователи обнаружили четкую дифференцировку, приводящую к появлению важных структур организма, таких как грудные мышцы, кости и хрящи.

«Это невероятно захватывающая модель, которая позволила нам впервые выявить и исследовать процессы раннего эмбрионального развития человека в лаборатории, — говорит ведущий автор статьи Наоми Морис (Naomi Moris), генетик из Кембриджского университета. — Наша система является первым шагом к моделированию появления плана человеческого тела и может оказаться полезной для изучения того, что происходит, когда что-то идет не так, например, при врожденных дефектах».

Авторы отмечают, что проводимые ими эксперименты абсолютно безопасны и соответствуют действующим этическим стандартам. Гаструлоиды не способны развиваться в полностью сформированный зародыш. У них нет клеток мозга или тканей, необходимых для имплантации в матку, поэтому они никогда не смогут продвинуться дальше самых ранних стадий развития.