Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Искусственный эмбрион человека смог начать имплантацию в пробирке

Kagawa et al. / Nature, 2021

Группа эмбриологов сделала очередной шаг в моделировании раннего развития человека: им удалось не только создать зародыш из стволовых клеток, но и сымитировать его имплантацию в стенку матки. Правда, это происходило только в пробирке — поэтому вместо матки они использовали органоид эндометрия, и нормально развиваться имплантированный зародыш не смог. Тем не менее это показывает, что искусственный зародыш обладал многими свойствами настоящих эмбрионов, и его можно использовать как модель, например, при разработке контрацептивов. Работа опубликована в журнале Nature.

Исследовать ранние стадии человеческого развития очень непросто — этому мешают две проблемы. Во-первых, нет доступных эмбрионов: в первые недели женщины часто не знают, что беременны, и, даже если хотят, не успевают сделать аборт. А работать с «лишними» зародышами, которые остаются, например, после ЭКО, разрешено далеко не во всех странах.

Во-вторых, такие зародыши трудно выращивать: в конце первой недели они должны имплантироваться в стенку матки, чтобы дальше развиваться нормально. Эту стадию еще не научились воспроизводить in vitro, поэтому исследователям приходится имитировать ее с помощью разных подложек и сигнальных веществ. В результате, даже если эмбрион продолжает развиваться, он все равно получается не похожим на настоящий зародыш — как минимум по своей геометрии.

Группе ученых под руководством Николаса Риврона (Nicolas Rivron) из Института молекулярной биотехнологии Австрийской Академии Наук повезло не столкнуться с первой проблемой: они работали с культурой стволовых клеток из донорского эмбриона, оставшегося после ЭКО (родители передали его для исследований). Вооружившись этими клетками, они попробовали решить вторую проблему и создать зародыш, который будет похож на настоящий и сможет имплантироваться в модельную матку in vitro.

Для этого исследователи поместили клетки в лунки из гидрогеля, где те образовали компактные сферы. После этого на них подействовали ингибиторами трех сигнальных путей, Hippo, TGF-β и ERK. В результате клетки, которые находились на поверхности сфер, превратились в трофэктодерму — плотный слой клеток, из которых впоследствии образуются внезародышевые ткани. Они начали накачивать внутрь сферы воду и превратили ее в клеточный шар с полостью внутри. Именно так выглядит зародыш к концу первой недели развития, эта стадия называется бластоцистой.

При этом внутри всех бластоидов (как исследователи назвали свой результат) самопроизвольно выделились две группы клеток, напоминающие примитивную энтодерму (еще одна будущая внезародышевая ткань) и эпибласт (собственно зародыш, то, из чего потом формируются все ткани тела). Авторы работы разобрали бластоиды по отдельным клеткам и проверили, что эти три типа клеток по набору работающих генов действительно похожи на свои аналоги из обычных зародышей. Больше никаких типов в бластоидах не нашли — за исключением аналогов амниона, более поздней внезародышевой ткани, но их насчитали не более 3 процентов.

После этого ученые проверили, сохраняется ли у их бластоидов главное свойство бластоцисты — способность к имплантации. Для этого они подсадили бластоиды к органоидам эндометрия — группам клеток, которые имитируют структуру стенки матки. Оказалось, что бластоиды могут успешно прикрепиться к эндометрию. При этом бластоиды, из которых удалили эпибласт, оставив только внезародышевые ткани, имплантироваться не смогли. Точно так же они не прикреплялись к эндометрию, который был не активирован с помощью женских половых гормонов. Таким образом, все основные механизмы имплантации они воспроизвели довольно точно.

Исследователи оставили прикрепившиеся зародыши расти на эндометрии в течение еще нескольких дней. Их внезародышевые ткани разрослись и даже начали производить хорионический гонадотропин — гормон, по концентрации которого в крови у женщины определяют беременность на ранних стадиях. А вот собственно зародышевая часть, хотя и осталась живой, так и не стала похожа на настоящие эмбрионы, и на 13-й день эксперимент остановили.

Это не первое исследование, авторам которого удалось собрать из стволовых клеток бластоиды. Более того, раньше их получалось создать даже из неэмбриональных стволовых клеток (об этом наш текст «Здравствуй, гхола!»). Но до сих пор никто не проверял их на способность к имплантации. Следующим шагом должно стать усовершенствование модели, которое позволит зародышевой части бластоидов развиваться дальше. А пока авторы работы обещают, что их модель могла бы оказаться полезной при разработке сред для культивирования эмбрионов (их используют, например, при ЭКО) — и проверке контрацептивных препаратов, которые блокируют прикрепление бластоцисты к матке.

О том, что мешало исследователям растить эмбрионы дольше 13 дня развития, мы рассказывали в материале «14 дней спустя». А еще писали о том, как в 2021 году это правило наконец отменили, и о том, почему один из главных аргументов защитников «правила 14 дней», кажется, не подтвердился.

Полина Лосева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.