Впервые выращена структура, похожая на ранний эмбрион, из стволовых клеток
Ученые из Мичиганского университета сообщили о создании модели, которая воспроизводит ранние этапы развития человеческого эмбриона, включая структуру, похожую на желточный мешок. Работа выполнена без генетического редактирования — использовалась одна популяция стволовых клеток, подвергнутая контролируемым условиям среды. Результаты работы опубликованы в Nature Cell Biology.
Для проверки наблюдений исследователи привлекли данные эмбрионов обезьян, предоставленные коллегами из Китайской академии наук. Это позволило подтвердить, что в системе действительно формируются структуры, аналогичные желточному мешку.
Почему это важно
Желточный мешок в нормальном развитии формируется очень рано — примерно на 2-3 неделе после оплодотворения. Он обеспечивает эмбрион первичными питательными и сигнальными функциями, а также участвует в закладке ранней кровеносной системы и кроветворении. Обычно он развивается из клеток гипобласта.
Однако в новой модели гипобласты не формировались, что делало появление такой структуры неожиданным.
Как создавалась модель
Команда под руководством профессора Цзяньпина Фу использовала человеческие плюрипотентные стволовые клетки — клетки, способные превращаться в разные типы тканей.
«Согласно общепринятым представлениям о развитии человека, желточный мешок должен образовываться из клеток гипобласта. Мы знаем, что наша система не может производить гипобласты или их производные, поэтому мы думали, что не сможем увидеть структуру желточного мешка», — отметил Фу.
Клетки выстраивали в тонкий диск диаметром около 0,8 мм, имитируя ранний эмбриональный эпибласт. Затем добавляли сигнальную молекулу BMP-4, запускающую процесс гаструляции — этап, когда закладываются будущие ткани организма.
Неожиданная самоорганизация
Одновременно появились полости, похожие на амниотический мешок, а также структура, напоминающая желточный мешок. Исследователи отмечают, что это стало неожиданным результатом.
«Было довольно неожиданно обнаружить эти структуры, похожие на желточный мешок. Сначала я не подумала, что это желточный мешок», — сказала аспирантка Шию Сун.
Подтверждение результатов
Ко второму дню в центре появляются небольшие округлые структуры, и он начинает темнеть.
На третий день потемнение усиливается: темнеет и центральная зона, и окружающее ее кольцо, тогда как более светлыми остаются только внешние слои клеток. Часть клеток отделяется и образует вокруг колонии «ободок» или корону.
К четвертому дню большинство колоний становятся почти полностью темными, за исключением светлой периферии по краям.
К пятому дню их размер увеличивается примерно на треть, а форма становится менее правильной.
Чтобы проверить наблюдения, команда сопоставила данные с эмбрионами обезьян после имплантации. Был выявлен маркер HNF4A — ген, связанный с развитием печени, кишечника и почек, а также активностью желточного мешка.
Также использовалось отслеживание клеточных линий с флуоресцентной меткой, чтобы понять происхождение тканей. Анализ показал, что клетки желточного мешка действительно возникали в процессе гаструляции.
Для чего создаются такие модели
Такие системы помогают изучать ранние этапы развития человека, которые невозможно наблюдать напрямую. Это может прояснить причины ранних потерь беременности и механизмы формирования органов. Команда подала заявку на патент и рассматривает возможность дальнейшего применения технологии в биомедицинских исследованиях.
