Нова модель дозволяє отримати безпрецедентні дані про ембріональний розвиток людини

\

Через 2-3 тижні після зачаття ембріон стикається з критичною точкою свого розвитку. На стадії, відомій як гаструляція, починається перетворення ембріональних клітин у спеціалізовані клітини. Це ініціює вибух клітинного розмаїття, в якому ембріональні клітини згодом стають попередниками майбутньої крові, тканин, м’язів та інших типів клітин, і починають формуватися примітивні осі тіла. Вивчення цього процесу в людському контексті поставило перед біологами значні проблеми, але нове дослідження пропонує безпрецедентне вікно у цей момент у розвитку людини.

Нещодавня стратегія боротьби з цими проблемами полягає в моделюванні розвитку ембріона за допомогою технологій стовбурових клітин, багато цінних підходів, розроблених дослідницькими групами по всьому світу. Але ембріони не ростуть ізольовано, і в більшості попередніх моделей розвитку не вистачало важливих підтримуючих тканин для росту ембріона. Новаторська модель, яка включає як ембріональні, так і екстраембріональні компоненти, дозволяє дослідникам вивчити, як ці дві частини взаємодіють на стадіях гаструляції, надаючи унікальний погляд на молекулярні та клітинні процеси, що відбуваються, і пропонуючи потенційно нове розуміння того, чому вагітність також може бути невдалою, а також джерела вроджених вад. Команда, включно з доктором філософії Берною Созеном і доктором філософії Захарі Смітом, доцентами генетики Єльської школи медицини (YSM), опублікувала свої висновки в журналі Nature.

«Ця робота надзвичайно важлива, оскільки вона забезпечує етичний підхід до розуміння ранніх стадій розвитку людини», — каже Валентина Греко, доктор філософії, професор генетики. «Ця модель стовбурових клітин є чудовою альтернативою для того, щоб почати розуміти аспекти нашого власного раннього розвитку, які зазвичай приховані в тілі матері».

«Групи Созен і Сміт досягли важливої віхи в розробці моделей in vitro для вивчення найраніших стадій розвитку людини, які є невивченими, але такими важливими для розуміння здоров’я та хвороб», — каже Хайфан Лін, доктор філософії, професор клітинної біології Юджина Хіггінса, директор Єльського центру стовбурових клітин і президент ISSCR. «Я високо оцінюю їхні виняткові досягнення, а також їхню чутливість до етичних питань, обмежуючи здатність моделі розвиватися далі»

Етичні питання є глибокими, зокрема, чи мають ці моделі потенціал для розвитку людей. Созен, головний дослідник дослідження, підкреслює, що ні. Опублікована стаття демонструє, що в цій моделі відсутні трофектодермальні клітини, які необхідні для імплантації ембріона в матку. Созен каже, що ця модель також представляє стадію розвитку за межами часових рамок, протягом яких ембріони можуть імплантуватися. «Дуже важливо зосередитися на тому факті, що наша модель не може рости далі або імплантуватися, і тому не вважається людським ембріоном», — каже вона. Але як редукціоністська стратегія імітації та вивчення аспектів природного розвитку, вона має величезний потенціал, особливо там, де універсальні рекомендації серйозно обмежують здатність вчених вивчати реальні ембріони.

Нова модель містить ембріональні та екстраембріональні тканини

Усі ембріони мають два компоненти — ембріональний і екстраембріональний. Тканини, з яких будується тіло дорослої людини, виросли з ембріонального компонента. Екстраембріональний компонент включає тканини, які пропонують живильну та іншу підтримку, такі як плацента та жовтковий мішок. Більшість попередніх ембріональних моделей стадій розвитку навколо гаструляції були однотканинними моделями, які містили лише ембріональний компонент.

Команда під керівництвом Єльського університету виростила ембріональні стовбурові клітини in vitro в лабораторії, щоб створити нову модель ембріонального розвитку. Вчені перенесли ці клітини в систему тривимірної культури та піддали їх умовам, які стимулювали клітини до спонтанної самоорганізації та диференціації. Клітини розділилися на дві лінії — ембріональні та екстраембріональні попередники. Екстраембріональні клітини в цій моделі були попередниками жовткового мішка. Дослідники вирощували ці клітинні лінії в культурі протягом приблизно одного тижня та аналізували, як вони керували один одним у процесі розвитку. «Ми почали вивчати дуже механічні деталі, наприклад, які сигнали вони подають один одному та як конкретні гени впливають один на одного», — каже Созен. «Раніше в літературі це було обмежено».

Потреба в моделях розвитку людини

Хоча дослідники багато чому навчилися на ембріонах інших видів, таких як миші, відсутність доступу до людських ембріонів залишила значні прогалини в знаннях про наш розвиток. «Якщо ви хочете зрозуміти людський розвиток, вам потрібно поглянути на людську систему», — каже Созен. «Ця робота дійсно важлива, оскільки вона дає нам пряму інформацію про наш власний вид».

Ця модель не тільки дає доступ до вікна гаструляції людини, але також дозволить проводити більшу кількість досліджень. Можливість генерувати до тисячі таких моделей дозволить проводити масовий аналіз, який неможливий з людськими ембріонами.

Нова модель має ефективність понад 70% — іншими словами, стовбурові клітини агрегують правильно протягом приблизно 70% часу. Як зазначають автори, у стратегії є деякі обмеження, і порівняти деякі висновки з самим природним ембріоном досить складно. Созен сподівається продовжити роботу над моделями, щоб у майбутньому вони стали більш стандартизованими.

Команда вважає, що моделі трансформують знання вчених про біологію розвитку людини. У своїй останній публікації команда дослідила деякі молекулярні шляхи, що лежать в основі початку гаструляції людини. У майбутніх дослідженнях вони сподіваються ще глибше дослідити шляхи розвитку, зокрема, чи можуть втрата вагітності та вроджені розлади виникати через збої на стадіях гаструляції. Созен вважає, що її модель може бути використана, щоб розглянути деякі з цих розладів і дізнатися більше про те, що йде не так. 

Попередні модельні системи могли розглянути це, але наша модель унікальна, оскільки вона має додаткову тканину, яка дозволяє нам аналізувати трохи глибше,

— каже вона.

ДЖЕРЕЛО: https://www.sciencedaily.com