Модель из стволовых клеток позволила впервые увидеть раннее развитие человека
Ключевой этап эмбрионального развития — гаструляция — происходит на третьей неделе, когда шар клеток превращается в упорядоченную трехслойную структуру. Этот процесс сложно изучать из-за технологических и этических ограничений.
Ученые под руководством Али Бриванлу из Университета Рокфеллера использовали модель бластоида — аналог бластоцисты, созданный из стволовых клеток. Бластоиды можно клонировать и манипулировать ими, что позволяет изучать идентичные модели многократно.
Исследователи разработали платформу, позволяющую бластоидам прикрепляться in vitro и прогрессировать к гаструляции. Впервые с высоким молекулярным разрешением удалось наблюдать нарушение симметрии эпибласта, отмеченное экспрессией BRA.
Были непосредственно зафиксированы два ключевых момента:
- Первое событие нарушения симметрии эпибласта.
- Появление молекулярных маркеров примитивной полоски и мезодермы после прикрепления in vitro.
Примитивная полоска знаменует начало гаструляции, а мезодерма дает начало мышцам, костям и кровеносной системе. Уже через 7 дней после прикрепления ученые смогли обнаружить ранние признаки этих структур.
Сравнение с данными по человеческим эмбрионам подтвердило, что бластоиды in vitro экспрессируют те же гены, что и обычный эмбрион in vivo на этой стадии.
Также было показано, что гаструляция in vitro может начинаться на 12-й день, что раньше, чем считалось. «Это изменит учебники», — говорит Бриванлу.
Терапевтический потенциал
Новая модель открывает путь к пониманию причин неудачной имплантации эмбриона и выкидышей на ранних сроках. «У нас теперь есть модель, которая поможет понять молекулярный механизм, определяющий успех беременности», — объясняет Риккардо Де Сантис, ведущий автор исследования.
В будущем метод планируют комбинировать с машинным обучением, чтобы прогнозировать исход беременности и траектории нарушений развития, наблюдая за поведением генетически модифицированных бластоидов in vitro.
«Лучшее понимание гаструляции влияет на всё — от выживания плода до аутизма и нейродегенерации», — заключает Де Сантис.
Исследование опубликовано в журнале Stem Cell Reports.