Модели эмбрионов из стволовых клеток открывают путь к пониманию фертильности

Исследователи из Калтеха разработали новый мощный метод создания эмбрионоподобных структур из стволовых клеток, который может изменить подход к изучению фертильности.

Используя стволовые клетки вместо традиционной оплодотворённой яйцеклетки, команда создала модели эмбрионов мыши, названные iG4-бластоидами. Они близко имитируют естественные бластоцисты — стадию развития, когда эмбрион имплантируется в матку.

Именно на стадии имплантации происходит большинство неудач беременностей, включая те, что получены с помощью ЭКО, и причины этого мало изучены. Новые модели позволят исследователям изучать влияние факторов окружающей среды, таких как воздействие кофеина, никотина, алкоголя и особенности диеты.

Исследование проведено под руководством лаборатории Магдалены Зерницкой-Гёц, профессора биологии и биоинженерии в Калтехе, и описано в статье в журнале Developmental Cell.

Ключевые особенности и результаты:

• Высокая точность модели: iG4-бластоиды реагировали на токсины и изменения питательных веществ так же, как и естественные эмбрионы.
  • Кофеин и никотин на самых ранних стадиях "беременности" снижали количество клеток и нарушали развитие.
  • Изменение доступности аминокислот имитировало влияние диет с высоким или низким содержанием белка на рост эмбриона.
• Технологический прорыв: Модели построены из трёх типов стволовых клеток, одна из которых была модифицирована для экспрессии ключевого гена развития GATA4. Именно экспрессия GATA4 стала решающим успехом, где предыдущие попытки создания бластоидов из стволовых клеток терпели неудачу.
• Высокая эффективность: Метод приводит к правильному развитию бластоидов в 80% случаев. Эта эффективность позволяет производить тысячи моделей и проводить масштабные эксперименты, например, скрининг влияния кофеина в определённые дни развития или эффектов разных концентраций веществ в разное время.

Значение и перспективы:

Хотя работа выполнена на мышах, эти модели значительно углубят изучение базовых биологических процессов, лежащих в основе репродукции. Они помогут понять факторы, препятствующие имплантации генетически здоровых эмбрионов, и механизмы, из-за которых определённые факторы окружающей среды могут тормозить развитие.

Исследователи подчёркивают, что, хотя iG4-бластоиды пока не могут развиваться далеко за стадии имплантации, их высокая точность воспроизведения естественных эмбрионов делает их беспрецедентной модельной системой. Текущая работа направлена на дальнейшее усовершенствование моделей и изучение возможности их применения в исследованиях человеческой фертильности в безопасных, этичных и регулируемых рамках.