Самые продвинутые модели эмбрионов, имитирующие первые две недели человеческого развития

Переиздано Платоном

Читают: 0

Самые продвинутые модели эмбрионов, однако, имитируют первые две недели человеческого развития. PlatoBlockchain Data Intelligence. Вертикальный поиск. Ай.

Забудьте, что сперма встречается с яйцеклеткой.

Используя стволовые клетки человека, ученые создали структуры, подобные человеческим эмбрионам, внутри чашек Петри. Эти выращенные в лаборатории капли образуют множественные структуры, имитирующие человеческий эмбрион, после имплантации в матку (важный этап в обеспечении фертильности) и сохраняются не менее 14 дней.

Десять лет назад производство эмбрионоподобных структур или эмбриоидов без репродуктивных клеток казалось бы нелепым. Но по мере того, как ученые все чаще планируют запутанный молекулярный путь к человеческому зачатию, становится возможным отказаться от спермы и яйцеклетки, чтобы заглянуть в «черный ящик» раннего человеческого развития.

Это все еще похоже на эксперимент Франкенштейна. Но эта попытка не является мрачным научным любопытством. Очень мало известно о первых нескольких неделях беременности человека, когда развитие чаще всего имеет тенденцию идти наперекосяк. Изучение моделей, имитирующих эти ранние стадии, без противоречий с биологическими образцами, может помочь парам, пытающимся зачать ребенка, и пролить свет на тайны прерванных ранних беременностей.

Новое исследование, опубликованное в природа от ветерана эмбриоидов доктора Джейкоба Ханны теперь продвигает сроки лабораторной беременности вперед. Команда превратила эмбриональные стволовые клетки человека в эмбриоиды, которые моделируют ранние эмбрионы человека. Как и их биологические аналоги, созданные в лаборатории сгустки развили основные «слои» тканей, определяющие ранние стадии развития человека.

«Драма разворачивается в первый месяц, остальные восемь месяцев беременности в основном сопровождаются сильным ростом», — сказал Ханна. «Но этот первый месяц по-прежнему остается черным ящиком. Наша модель человеческого эмбриона, полученная из стволовых клеток, предлагает этический и доступный способ заглянуть в эту коробку».

Рецепт Эмбриоида

Два года назад та же команда опубликовала поразительный результат: встреча яйцеклетки и сперматозоида не является обязательным условием для возникновения жизни, по крайней мере, у мышей. Используя стволовые клетки мыши, команда обнаружила химический суп, который может превращать клетки в структуры, подобные эмбрионам, внутри чашки Петри.

«Эмбрион — лучшая машина для создания органов и лучший 3D-биопринтер — мы пытались подражать тому, что он делает». — сказал Ханна в то время.

Идея кажется относительно простой: все эмбриональные клетки потенциально могут стать клетками любого другого типа. Но эти клетки также очень социальны. В зависимости от окружающей среды — например, от того, какие химические или гормональные сигналы они получают — они самоорганизуются в ткани.

Культивирование эмбриоидов основано на двух достижениях, оба из лаборатории Ханны.

Кто-то помещает возвращенные стволовые клетки в совершенно наивное состояние — tabula rasa, которая стирает любую идентичность. Мы часто думаем о стволовых клетках как об однородной толпе, но на самом деле они находятся на разных стадиях развития. Каждый шаг вперед направляет развитие клетки к определенному типу клеток или органу. Однако наивные стволовые клетки могут вырасти в любую часть тела.

Полная перезагрузка наивных стволовых клеток облегчает интеграцию стволовых клеток в их хозяев, независимо от того, находятся ли они в организме человека. или мыши.

Еще одним достижением является устройство с электронным управлением, которое омывает эмбриоиды волнами питательных веществ. Подобно кардиостимулятору, насос имитирует, как питательные вещества омывают эмбрионы в утробе матери, одновременно контролируя уровень кислорода и атмосферное давление.

В доказательство концепции, небольшая часть клеток мышей образовала эмбрионоподобные структуры. Они развивались так же, как и их естественные аналоги, примерно до половины нормального срока беременности. К восьми дням у эмбриоидов уже было бьющееся сердце, циркулирующие клетки крови, мини-мозг с его классическими складками и пищеварительный тракт.

«Если вы создадите эмбриону правильные условия, его генетический код будет функционировать как заранее заданная линия домино, расположенная так, чтобы падать одна за другой», — сказал Ханна в предыдущем интервью. «Наша цель состояла в том, чтобы воссоздать эти условия, и теперь мы можем наблюдать в реальном времени, как каждое домино попадает в следующее».

Почти человек

Мыши не люди. Ханна это прекрасно понимает, и новое исследование устраняет пропасть.

Первый шаг? Запустите стволовую клетку человека, вернув ее в наивное состояние.

Имея в руках этот исходный материал, команда затем присвоила клеткам разные идентичности, называемые линиями. Некоторые из них развиваются в клетки, которые в конечном итоге составляют эмбрион. Другие превращаются в поддерживающие клетки, например, те, которые образуют плаценту или желточный мешок — небольшой округлый многозадачный который поддерживает здоровье развивающегося эмбриона.

Другими словами, ранний развивающийся человеческий эмбрион представляет собой сложную экосистему. Поэтому неудивительно, что использование наивных стволовых клеток в различных целях долгое время ускользало от производителей эмбриоидов. Тем не менее, каждая отдельная линия становится незаменимой после того, как происходит важный шаг в раннем развитии человека — имплантация. Когда оплодотворенный эмбрион прикрепляется к стенке матки, это вызывает множество изменений, необходимых для дальнейшего развития. В это же время часто происходит потеря эмбрионов.

Новое исследование фокусируется на постимплантационной стадии, перепрофилируя предыдущий протокол мышиных эмбриоидов для создания самоорганизующихся эмбриоидов человека. На удивление все оказалось проще.

По словам команды, им пришлось генетически сконструировать стволовые клетки мыши, чтобы подтолкнуть их к разным линиям. Что касается человеческих клеток, они просто изменили питательную ванну — никаких дополнительных генов не потребовалось — чтобы активировать генетические программы в стволовых клетках, превратив их во все три типа поддерживающих тканей.

По мере того как эмбриоиды созревали, команда использовала ряд молекулярных и генетических инструментов, чтобы проверить их соответствие. В целом структуры напоминали трехмерную архитектуру естественно развитых человеческих эмбрионов через 3–7 дней после оплодотворения. Некоторые клетки даже вырабатывают хорионический гонадотропин человека (ХГЧ), гормон, используемый для домашних тестов на беременность. Нанесение выделений клеток на палочку дало положительный результат в виде двойной линии.

В целом, по словам команды, эмбриоиды продемонстрировали ключевые вехи развития раннего имплантированного эмбриона, без необходимости оплодотворения или взаимодействия с утробой матери.

[Встраиваемое содержимое]

Эмбриоидная раса

Команда Ханны не единственная, кто продвигает эмбриоиды вперед.

В июне этого года два другие команды сконструированные эмбриоиды, имитирующие человеческие эмбрионы после имплантации. Рецепты и ингредиенты отличаются от рецептов Ханны. В одном исследовании, например, было обнаружено множество мощных генетических факторов, которые заставили стволовые клетки стать поддерживающими тканями.

Ученые не совсем пришли к единому мнению относительно того, какие эмбриоиды лучше всего напоминают своего естественного аналога. Однако в одном они сходятся во мнении: стволовые клетки при правильных условиях обладают невероятной способностью самоорганизовываться во все более сложные структуры, подобные эмбрионам.

На данный момент 14-дневный эмбриоид рекламируется как «самый продвинутый" еще.

Четырнадцать дней — это строгий срок для исследований естественных человеческих эмбрионов во многих странах, поскольку их невозможно культивировать в лаборатории. Однако эмбриоиды не соответствуют определению эмбриона и не подпадают под действие 14-дневного ограничения. Другими словами, человеческие эмбриоиды можно культивировать и дальше по мере развития. Предыдущая работа показывает, что это технологически возможно на мышах, поскольку из стволовых клеток развиваются полуфункциональные органы.

Если вы немного напуганы — вы не одиноки. Эмбриоиды переходят на все более поздние стадии гонки вооружений, открывающей черный ящик раннего развития человечества. На данный момент эмбриоиды, выращенные из эмбриональных стволовых клеток человека, должны соответствовать действующим правилам. Однако те, которые сделаны из индуцированных стволовых клеток (часто с использованием клеток кожи, вернувшихся в состояние, подобное стволовым клеткам), не подчиняются никаким правилам.

Чтобы внести ясность, эмбриоиды не способны полностью развиться в человека. Тем не менее, Недавнее исследование на обезьянах показали, что они могут вызывать беременность при трансплантации в матку, хотя в этом случае эмбриоид быстро и естественным образом уничтожался. Споры о том, можно ли и как регулировать эти клеточные образования, продолжаются.

На данный момент команда Ханны сосредоточена на пересмотре своего рецепта повышения эффективности. Но в качестве долгосрочной цели они надеются продвинуть эмбриоид еще дальше, чтобы увидеть, смогут ли они развить рудиментарные органы. Эти эксперименты «дадут представление о ранее недоступных путях раннего развития человека», говорят они.

Изображение Фото: Институт Вейцмана