Новые выращенные в лаборатории модели человеческого эмбриона производят клетки крови

Учёные из Кембриджского университета использовали человеческие стволовые клетки для создания трёхмерных эмбрионоподобных структур, которые воспроизводят определённые аспекты самого раннего развития человека, включая производство кроветворных стволовых клеток. Результаты опубликованы в журнале Cell Reports.

Человеческие кроветворные стволовые клетки — это незрелые клетки, которые могут развиться в любой тип клеток крови, включая эритроциты, переносящие кислород, и различные типы лейкоцитов, важных для иммунной системы.

Эмбрионоподобные структуры, названные учёными «гематоидами», самоорганизуются и начинают производить кровь примерно через две недели развития в лаборатории, имитируя процесс развития в человеческих эмбрионах.

Структуры отличаются от настоящих человеческих эмбрионов по многим параметрам и не могут развиться в них, поскольку им не хватает нескольких эмбриональных тканей, а также поддерживающего желточного мешка и плаценты, необходимых для дальнейшего развития.

Гематоиды имеют большой потенциал для лучшего понимания формирования крови на ранних стадиях развития человека, моделирования заболеваний крови, таких как лейкемия, и для производства долгоживущих кроветворных стволовых клеток для трансплантации.

Человеческие стволовые клетки, используемые для создания гематоидов, можно получить из любой клетки тела. Это означает, что подход также имеет большой потенциал для персонализированной медицины в будущем, позволяя производить кровь, полностью совместимую с организмом пациента.

Хотя существуют другие методы генерации человеческих кроветворных стволовых клеток в лаборатории, они требуют коктейля дополнительных белков для поддержки роста и развития стволовых клеток. Новый метод имитирует естественный процесс развития, основанный на самоорганизующейся модели человеческого эмбриона, где собственная поддерживающая среда клеток стимулирует образование клеток крови и бьющихся клеток сердца в одной системе.

Доктор Джитеш Неупане, первый автор исследования, сказал: «Это был захватывающий момент, когда в чашке появился красный цвет крови — его было видно даже невооружённым глазом». Он добавил, что новая модель имитирует развитие фетальной крови в лаборатории, проливая свет на то, как клетки крови естественным образом формируются во время эмбриогенеза человека.

Профессор Азим Сурани, старший автор статьи, отметил, что модель предлагает новый мощный способ изучения развития крови в раннем человеческом эмбрионе и является значительным шагом к будущим регенеративным терапиям.

Доктор Джеральдин Джоуэтт, соавтор исследования, подчеркнула, что гематоиды захватывают вторую волну кроветворения, которая может дать начало специализированным иммунным клеткам, таким как T-клетки, открывая захватывающие возможности для моделирования здорового и ракового развития крови.

Самоорганизующиеся структуры

Новая модель человеческого эмбриона имитирует клеточные изменения, происходящие на самых ранних стадиях развития человека, когда начинают формироваться органы и кровеносная система.

Команда наблюдала появление трёхмерных гематоидов под микроскопом. Ко второму дню они самоорганизовались в три зародышевых листка — эктодерму, мезодерму и энтодерму, которые являются основой плана строения человеческого тела и имеют решающее значение для формирования каждого органа и ткани, включая кровь.

К восьмому дню сформировались бьющиеся клетки сердца, которые в развивающемся эмбрионе в конечном итоге дают начало сердцу.

К тринадцатому дню команда увидела красные пятна крови в гематоидах. Они также разработали метод, демонстрирующий, что кроветворные стволовые клетки в гематоидах могут дифференцироваться в различные типы клеток крови, включая специализированные иммунные клетки, такие как T-клетки.

Проливая свет на раннее развитие человека

Модели эмбрионов, полученные из стволовых клеток, имеют решающее значение для углубления наших знаний о раннем развитии человека.

Клетки крови в гематоидах развиваются до стадии, примерно соответствующей 4–5 неделе эмбрионального развития человека. Эту самую раннюю стадию жизни нельзя наблюдать непосредственно в настоящем человеческом эмбрионе, так как к этому времени он уже имплантирован в матку матери.

Исследование проводилось с соблюдением всех необходимых этических норм и одобрений. Учёные запатентовали эту работу через Cambridge Enterprise.