Создание плана человеческого тела в чашке Петри

Международная команда учёных под руководством доктора Кантаса Алева из Института перспективных исследований биологии человека (ASHBi) в Университете Киото использовала индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs) для создания трёхмерной модели ранних этапов формирования плана тела человека, названной «аксиолоидами». Исследование опубликовано в Nature.

Моделирование сегментации

Человеческое тело, как и у других животных, состоит из повторяющихся сегментов (например, позвонков). Их примитивные эмбриональные предшественники — сомиты — формируются из пресомитной мезодермы (PSM). Ранее команда Алева воссоздала «сегментационные часы» — молекулярный осциллятор, необходимый для образования сомитов, но не могла воспроизвести сложные трёхмерные морфологические изменения.

Создание аксиолоидов

Используя коктейль из клеток, полученных из iPSCs человека, и матригеля (вязкого геля, обогащённого компонентами внеклеточного матрикса), учёные создали 3D-модель, способную рекапитулировать развитие раннего плана тела в чашке Петри.

«Наши аксиолоиды захватывают не только осцилляторную природу сегментационных часов, но также молекулярные, трёхмерные морфологические и структурные характеристики, наблюдаемые в процессе сегментации и сомитогенеза», — говорит Алев.

Роль ретиноидов

Применяя подход «снизу вверх», исследователи выявили ранее недооценённую функциональную роль ретиноидов (витамина А и его производных) в формировании сомитов.

«Наш подход «снизу вверх» был критически важен для раскрытия роли ретиноидов в сомитогенезе. Вероятно, многие исследователи упускали эту важную роль, потому что витамин А является распространённой добавкой, обычно включаемой в культуральные среды», — комментирует Алев.

Сходство с эмбрионами и моделирование болезней

Аксиолоиды показали «замечательное сходство с эмбрионами человека на Карнеги-стадиях 9–12, которые известны как критический этап развития, когда начинают формироваться такие органы, как мозг и сердце».

Используя iPSCs с мутациями, обычно связанными с врождёнными заболеваниями позвоночника, учёные продемонстрировали, что аксиолоиды могут быть полезны для изучения того, как эти мутации способствуют патогенезу таких болезней.

«Наш подход к созданию аксиолоидов не только позволил нам разделить фундаментальные биологические процессы, такие как морфология клеток и их состояния, но и определить, как мутации способствуют заболеваниям позвоночника. Мы также ожидаем, что подобные стратегии станут всё более необходимыми для лучшего понимания этиологии и патологии других заболеваний», — говорит Алев.

Эти результаты, вместе с другим комплементарным исследованием учёных из Гарвардской медицинской школы, были опубликованы в Nature.