ruua

Учёные вырастили «человеческие эмбрионы» из клеток кожи. Что это значит?


237
237 points

Учёные успешно вырастили модельные версии ранних человеческих эмбрионов путем «перепрограммирования» клеток человеческой кожи. Этот прорыв потенциально открывает новые способы изучения самых ранних этапов развития человека, изучения нарушений развития, бесплодия и генетических заболеваний, а также, возможно, даже повышения эффективности лечения ЭКО.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда под руководством Хосе Поло из Университета Монаша, Австралия, обнаружила, что при определенном воздействии на клетки кожи формируются трехмерные структуры, похожие на ранние человеческие эмбрионы. О подобном подвиге сообщила и американско-китайская исследовательская группа во главе с Цзюнь Ву, которая создала структуры, напоминающие очень раннюю стадию эмбриона, называемую «бластоцистой», пишут Меган Манси, заместитель директора Центра систем стволовых клеток Мельбурнского университета, и профессор Хелен Абуд из Университета Монаша, Австралия.

Выращивание «человеческих органов» в чашке

Учёные вырастили «человеческие эмбрионы» из клеток кожи. Что это значит?
Бластоциста человека. Исследователи создали «модельные» версии этой ранней эмбриональной структуры, перепрограммировав клетки кожи человека. Изображение: Harimiao, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

За последние 50 лет исследования многое показали о том, как формируются различные органы нашего тела и что происходит на клеточном уровне во время болезни.

Многие из этих открытий стали результатом недавних прорывов в исследованиях стволовых клеток, с помощью которых ученые могут эффективно создавать трехмерные модели или миниатюрные органы из тканей человека, которые напоминают структуру и функции определенных органов в организме.

Эти структуры, известные как органоиды, использовались, чтобы понять, как формируются почки, узнать, что происходит с развивающимся мозгом во время инфицирования вирусом Зика, и протестировать ряд методов лечения, чтобы найти лучшие способы остановить прогрессирование рака кишечника или поджелудочной железы.

Эти достижения основаны на врожденной способности стволовых клеток при правильных условиях организовываться в характерные анатомические и функциональные структуры. Исследователи могут использовать стволовые клетки, взятые из собственной ткани пациента, для создания трехмерных моделей органа, из которого были взяты эти клетки. Многие, но не все органы имеют свои собственные специфические стволовые клетки.

Другие подходы используют более простой тип стволовых клеток, называемых «плюрипотентные стволовые клетки», полученные из человеческих эмбрионов или созданные в лаборатории из клеток кожи или крови посредством процесса, называемого перепрограммированием. Этот подход означает, что учёные могут создавать стволовые клетки, а затем «уговорить» их имитировать формирование конкретного органа. Хотя эти трехмерные структуры часто называют мини-органами, они обычно воспроизводят только определенные аспекты архитектуры и функции органа.

Изучение «черного ящика» развития

Хотя стволовые клетки могут многое рассказать о том, как формируются органы, исследования до сих пор не дали понимания сложного взаимодействия между развивающимся эмбрионом и слизистой оболочкой утробы, необходимых для установления и поддержания беременности.

Этот период, охватывающий первые несколько недель после имплантации, иногда называют «черным ящиком» развития, поскольку на этой ранней стадии чрезвычайно трудно получить доступ к репродуктивному материалу.

Более того, даже в странах, где разрешены исследования донорских эмбрионов ЭКО, исследования обычно ограничиваются только первыми 14 днями после оплодотворения, а альтернативные модели на животных не имеют большого значения для раскрытия уникального процесса имплантации эмбрионов человека.

Учитывая, что выкидыши затрагивают каждую шестую беременность, и высокий уровень бесплодия из-за того, что эмбрионы не имплантируются, учёным нужны более эффективные способы понимания и устранения этих разрушительных последствий.

Создание 3D-моделей может дать ответы

Плюрипотентные стволовые клетки человека использовались для создания структур, которые воспроизводят определенные аспекты развития, но не весь эмбрион в момент имплантации и сразу после нее.

Новые открытия предлагают еще один способ изучить развитие во время имплантации. В отличие от исследований на животных, в которых трехмерная модель эмбриона составляется путем сборки клеток из заранее установленных линий стволовых клеток, этот подход основан на адаптации технологии, используемой для создания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

В подходе, принятом командой Поло, клетки кожи взрослых доноров сначала обрабатывались, чтобы «перепрограммировать» их в течение нескольких недель, эффективно возвращая их развитие к более раннему, менее специализированному состоянию.

Затем исследователи в течение 6 дней выращивали эти клетки в трехмерных кластерах, после чего некоторые из них сформировали структуры, очень похожие на «бластоцисты» — заключительный этап эмбрионального развития перед имплантацией. Эти выращенные в лаборатории структуры получили название «i-бластоиды» (“iBlastoids”).

Учёные вырастили «человеческие эмбрионы» из клеток кожи. Что это значит?
Процесс роста бластоцист человека (вверху) и i-бластоидов, выращенных в лаборатории из клеток кожи человека (внизу). Изображение: Monash Biomedicine Discovery Institute

Вторая же группа учёных культивировала линии плюрипотентных стволовых клеток человека, как линии эмбриональных стволовых клеток, так и созданные путем перепрограммирования, в несколько ином двухэтапном процессе, чтобы стимулировать формирование трехмерных кластеров. Они назвали свои структуры «бластоидами» (“blastoids”).

И хотя i-бластоиды и бластоиды кажутся структурно и функционально похожими на настоящие бластоцисты, еще не ясно, насколько точно они напоминают настоящие человеческие эмбрионы. Хотя было показано, что модели имеют общие генные паттерны и реагируют в культуре способами, характерными для реальных эмбрионов, учёные также обнаружили значительные аномалии, такие как несинхронизированный рост и клетки, которые обычно не присутствуют в эмбрионе.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

237
237 points
Василий Вдовиченко
Южная научно-исследовательская лаборатория