Исследователи создали структуры, подобные человеческому эмбриону, с внезародышевой тканью

Гаструляция — процесс, при котором эмбрион реорганизуется из полой сферы в многослойную структуру — считается "чёрным ящиком" человеческого развития. Это связано с тем, что человеческие эмбрионы обычно не культивируют дольше 14 дней из-за биоэтических соображений, а гаструляция происходит между 17-м и 21-м днём после оплодотворения.

Кроме того, существующие модели гаструляции на основе стволовых клеток не могли включать необходимые внезародышевые ткани, из которых формируются желточный мешок и плацента.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, учёные сообщают о новом методе создания "пери-гаструлоидов" — структур, подобных эмбриону, которые включают одну из поддерживающих тканей (желточный мешок), отсутствовавшую в предыдущих моделях.

"Хотя неинтегрированные модели человеческой гаструляции и раннего органогенеза были созданы из праймированных плюрипотентных стволовых клеток человека, этим моделям не хватает внезародышевых клеток, которые играют жизненно важную роль в паттернировании и морфогенезе эмбриона", — говорит старший автор Цзюнь У, биолог по стволовым клеткам из Медицинского центра UT Southwestern.

"Наличие как эмбриональных, так и внезародышевых тканей позволяет исследовать взаимодействия между эпибластом, амнионом и желточным мешком во время гаструляции — задача, ранее недостижимая для человека".

Вместо более часто используемых праймированных плюрипотентных стволовых клеток метод исследователей использовал экспандированные плюрипотентные стволовые клетки (EPSCs). Ранее было показано, что эти клетки могут дифференцироваться как в эмбриональные, так и во внезародышевые ткани у мышей.

Добавив к человеческим EPSCs соответствующие факторы роста, учёные добились их дифференцировки в эти два типа тканей. Затем клетки самоорганизовались в структуры, напоминающие человеческий эмбрион, которые исследователи называют "пери-гаструлоидами".

Внезародышевые ткани выделяют химические сигналы, направляющие развитие эмбриона, что позволяет пери-гаструлоидам имитировать несколько важных процессов, относящихся к этому периоду "чёрного ящика" развития.

Пери-гаструлоиды формируют амниотическую полость, в которой находится эмбрион, и полости желточного мешка, обеспечивающие эмбрион кровоснабжением. Кроме того, в пери-гаструлоидах наблюдаются ранние признаки органогенеза, такие как нейруляция, знаменующая самое начало развития центральной нервной системы.

Исследовательская группа сообщает, что их метод эффективен и воспроизводим. В ходе небольшого испытания им удалось получить сотни пери-гаструлоидов.

"Сила этой модели проистекает из её способности использовать замечательный потенциал самоорганизации человеческих EPSCs при минимальном внешнем вмешательстве", — говорит У.

Команда отмечает, что пери-гаструлоиды нежизнеспособны из-за отсутствия трофобластов, из которых формируется плацента, что помогает смягчить этические проблемы этого исследования. Проект следовал международным руководствам по исследованиям стволовых клеток и был одобрен Комитетом по надзору за стволовыми клетками UT Southwestern.