Чтобы лучше понять самые ранние стадии роста человека, исследователи могут исследовать донорские эмбрионы или человеческие эмбриональные стволовые клетки, которые находятся в ограниченном количестве, или ответить на свои вопросы с помощью животных моделей. В двух исследованиях, опубликованных в журнале Nature 17 марта с. г. , авторы вводят дополнительный вариант: человеческий бластоид, трехмерную модельную систему, напоминающую бластоцисту, которая воспроизводит многие события в первые 10 дней человеческого развития — при этом вариант не требует исходного материала из человеческого эмбриона.
Эти документы «отличные новости», — говорит Марта Шахбази, биолог развития из Лаборатории молекулярной биологии Совета медицинских исследований в Англии, которая не принимала участия в работе. «Изучать человеческое развитие довольно сложно, потому что. . . получить доступ к человеческим эмбрионам очень сложно, поэтому разработка модели стволовых клеток — отличный способ помочь этой области».
Период раннего развития эмбриона — это «черный ящик»
Бластоциста — это человеческий эмбрион примерно через пять или шесть дней после оплодотворения.
Что такое бластоциста (бластоид)?
Бластоциста — это человеческий эмбрион примерно через пять или шесть дней после оплодотворения, который растет и готовится к имплантации в стенку матки. Он состоит из внешнего сферического слоя, называемого трофэктодермой, состоящего из клеток, известных как трофобласты, которые являются предшественниками плаценты, а внутри сферы находится характерная полость, которая содержит так называемую внутреннюю клеточную массу. Эта группа клеток содержит три типа эмбриональных клеток — эктодерму, мезодерму и энтодерму, — которые в конечном итоге разделятся, чтобы заполнить полость. Эти ткани могут дать начало всем клеткам в организме и являются клетками, которые исследователи используют для получения эмбриональных стволовых клеток человека.
«Период раннего развития человека, близкий к имплантации, является ключом к пониманию дефектов развития и потери беременности», — говорит Джун Ву из Юго-Западного медицинского центра Техасского университета, но «особенно на этом этапе. . . по сути, это черный ящик».
Как создавали бластоид?
Чтобы создать альтернативу человеческим эмбрионам для исследований и открыть этот черный ящик, Ву и его коллеги ранее создали бластоиды из стволовых клеток мыши и показали, что они могут образовывать некоторые, но не все, эмбриональные структуры при имплантации суррогатной самке.
Чтобы создать бластоид человека, они подвергли обе линии человеческих эмбриональных стволовых клеток, зарегистрированные Национальным институтом здравоохранения, и индуцированные линии плюрипотентных стволовых клеток в условиях культивирования, предназначенных для того, чтобы подтолкнуть клетки к созданию структуры, подобной бластоцистам.
Примерно в 10–20% случаев их стратегия привела к получению бластоидов, которые, как они обнаружили, имеют паттерны экспрессии генов, аналогичные бластоцистам, способны генерировать стволовые клетки из клеток, подобных внутренней клеточной массе, и при дополнительном культивировании могут образовывать пери -имплантация эмбриоподобных структур и прикрепление к пластиковой посуде.
Исследователи, как они описываю, также обрабатывали бластоиды четырьмя различными ингибиторами человеческих бластоцист-специфичных изоформ фермента протеинкиназы C. Команда определила, что некоторые из этих изоформ важны для образования полостей в бластоидах, что указывает на то, что Фермент может играть особую роль в образовании полостей в бластоцистах человека.
В другом исследовании группа исследователей во главе с Хосе Поло, биологом из Университета Монаша в Австралии, начала с ранее опубликованного протокола, чтобы перепрограммировать человеческие фибробласты в стволовые клетки трофобласта. Они заметили, что примерно через три недели клетки дифференцировались в культуре в клетки, которые выглядели как все три типа клеток, обнаруженные в очень раннем человеческом эмбрионе. Когда они перенесли группы этих клеток из плоских чашек для культивирования в трехмерную систему культивирования, образовались различные типы структур. Примерно от 6 до 18 процентов этих трехмерных единиц имели внутреннюю полость с прилегающим скоплением клеток, которые продуцировали несколько маркеров плюрипотентности, как внутренняя клеточная масса в бластоцисте. Напротив, внешние клетки, окружающие полость, больше походили на клетки трофобласта.
«Что было совершенно неожиданным, так это то, что когда вы собираете их вместе, они самоорганизуются», — говорит Поло. «Кажется, они разговаривают друг с другом каким-то образом, который нам нужно исследовать».
Бластоиды «явно имеют морфологию и паттерны экспрессии генов, которые напоминают некоторые аспекты бластоцисты», — говорит Джанет Россант, биолог стволовых клеток из Университета Торонто и Детской больницы, которая не участвовала в работе. Она добавляет, что у стратегии бластоидов есть некоторые ограничения: примитивная энтодерма, похоже, не очень хорошо формируется, в смесях есть другие типы клеток, которые не очень хорошо определены, а эффективность создания бластоидов довольно низка.
Ни одна из работ не идеальна, но имеем положительный опыт, новые знания и результаты и дальнейшие перспективы
«Ни в одной из работ не утверждается, что они идеальны», — говорит Россант, но «есть потенциал, чтобы посмотреть, как трофэктодерма может — по мере дальнейшего развития эмбрионов — сигнализировать внутренней клеточной массе, чтобы действительно способствовать остальному развитию. У вас есть доступ к развитию бластоцисты, первым этапам имплантации, как работает трофобласт, возможно, вы немного понимаете, как эмбрион и дополнительные эмбриональные клоны должны «разговаривать» друг с другом для нормального развития ». По словам Россанта, некоторые из следующих шагов — улучшение стратегии, сделав ее более надежной, эффективной и воспроизводимой.
По словам Поло, в будущем бластоиды можно будет генерировать в больших количествах, чтобы исследовать вопросы о бесплодии, имплантации и влиянии химических веществ или патогенов на раннее развитие без использования реальных человеческих эмбрионов, потому что вы могли бы начать со взрослых фибробластов.
Все эксперты согласны с тем, что с светлым будущим стратегии приходит важность рассмотрения этических последствий создания групп клеток, которые напоминают очень ранние эмбрионы.
«Эти бластоидные модели — захватывающая веха для этой развивающейся области, — говорит изданию Софи Петропулос, биолог развития из Университета Монреаля. «Вопросы политики и руководящие принципы этического поведения, относящиеся к трехмерным моделям эмбриона, в настоящее время не четко определены», — добавляет она. «Эта модель вызывает опасения и требует более продолжительного разговора».
