Человеческие эмбрионы, собранные из стволовых клеток, удалось довести до стадии развития, когда они уже должны быть прикреплёнными к стенке матки.
Эмбриональное развитие удобней всего изучать на эмбрионах, которые растут в лаборатории. За эмбрионом в пробирке легко наблюдать, на нём легко ставить разные эксперименты. Но, как можно догадаться, эмбрион в пробирке совсем не то же самое, что эмбрион в матке: рано или поздно он просто останавливается в развитии. Но если мы довели развитие эмбриона в лабораторных условиях чуть дальше, чем получалось ранее, значит, мы стали лучше понимать те процессы, которые происходят с ним в материнском организме.
Если говорить о человеческих эмбрионах, то существуют дополнительные сложности, связанные с тем, что во многих странах закон запрещает эксперименты с человеческими эмбрионами, полученными естественным путём, то есть слиянием сперматозоида и яйцеклетки. Конечно, есть мыши и обезьяны, и на их зародышах можно увидеть много фундаментальных биологических законов. Но какую-то сугубо человеческую эмбриональную специфику на мышах и обезьянах не изучить. Поэтому исследователям приходится как-то выкручиваться, собирая зародыши из стволовых клеток.
Откуда берут стволовые клетки? Во-первых, в лабораториях есть культуры настоящих человеческих эмбриональных клеток, которые когда-то давно взяли от настоящего зародыша на очень ранних стадиях развития. Если их правильно содержать, они будут очень, очень долго жить и размножаться в лабораторных условиях. Во-вторых, зародышевые клетки можно получить из обычных клеток взрослого человека — это будут так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Индуцированные — потому что их создают, обрабатывая обычные клетки специальными молекулярными сигналами. В результате, например, клетки кожи теряют специализацию и впадают в глубокое эмбриональное детство, когда они могли бесконечно делиться. Зародышевые клетки способны превратиться в любые другие, поэтому их называют плюрипотентными. Мы много раз писали про такие стволовые клетки; по свойствам они не отличаются или почти не отличаются от настоящих зародышевых клеток.
Зародыш собирают из тех и других клеток, смешивая их и направляя их развитие молекулярными внешними сигналами. Два года назад мы писали, что такие эмбрионы можно довести до стадии развития, когда они готовы имплантироваться в матку. Их называют бластоидами, то есть клеточными структурами, которые имитируют зародыш на стадии бластоцисты. (Бластоцистой называют клеточный пузырёк, в котором клетки впервые разделились на три типа: из одних начнёт формироваться сам эмбрион, а другие помогут ему питаться и дышать, третьи сформируют плаценту и зародышевые оболочки.)
Стадия бластоцисты начинается на пятый день развития. До сих пор всё останавливалось на бластоидах, соответствующих этапу, когда зародышу пора имплантироваться в матку. Однако на днях на портале bioRxiv появилась статья сотрудников Вейцманновского института, которые довели искусственный зародыш до стадии, соответствующей двум неделям развития. Они собирали эмбрион по рецепту, который мы кратко описали выше: настоящие зародышевые клетки смешивались с индуцированными, которых предварительно направляли на определённую специализацию.
Задача была в том, чтобы искусственный зародыш почувствовал себя в состоянии сформировать плаценту (точнее, поучаствовать в её формировании вместе с материнским организмом), пуповину, желточный мешок и т. д. Требовалось подобрать такие условия для выращивания клеток, чтобы они начали двигаться дальше, а не просто продемонстрировали готовность к развитию. Это вполне удалось: у искусственного зародыша действительно появились признаки желточного мешка, начал формироваться амниотический пузырь (водная оболочка), сам зародыш терял передне-заднюю симметрию (то есть он уже продвинулся на ту стадию, когда отличается передняя часть от задней), и с ним происходил ещё ряд процессов, указывающих на продолжающееся развитие — как если бы эмбрион уже имплантировался в стенку матки.
Одновременно на bioRxiv появилась другая статья, в которой сотрудники Кембриджа и Вашингтонского университета добились примерно таких же результатов, но другим способом. Они генетически модифицировали настоящие эмбриональные клетки человека, чтобы те начали формировать внезародышевые органы, когда получат определённый химический сигнал. Модифицированные клетки соединили с немодифицированными, и вместе они, после получения того самого сигнала, сформировали зародыш, который как бы уже имплантировался в матку и прошёл в своём развитии две недели.
Более похожими на настоящие зародыши кажутся искусственные зародыши из первой статьи. У тех, что описаны во второй статье, не хватает некоторых типов клеток, которые есть в настоящих зародышах; тем не менее, даже такие искусственные конструкты можно использовать в изучении некоторых важных аспектов эмбрионального развития. Вообще в последнее время подобных экспериментов, в которых искусственные человеческие эмбрионы пытаются продвинуть в развитии как можно дальше, становится всё больше: на том же bioRxiv вместе с этими двумя статьями появилось ещё две, в которых исследователи из Питтсбургского университета и Куньминского научно-технологического университета описывают эмбрионоподобные структуры, которые вот прямо на зародыши похожи не очень, но опять же позволяют увидеть некоторые особенности эмбрионального развития, имеющие место после имплантации в матку.
В апреле мы писали об экспериментах, в которых подобные искусственные зародыши пересадили в организм, но там речь шла о макаках. С человеческими зародышами, собранными из кучки лабораторных клеток, такие опыты вряд ли будут ставить: уже сейчас, сидя в условной лабораторной пробирке, они провоцируют бурные дискуссии этико-юридического характера. Тем не менее, вряд ли стоит сомневаться в том, что искусственные зародыши с продлённым сроком жизни помогут ответить на многие вопросы, в том числе и сугубо практического характера, касающиеся бесплодия, врождённых пороков развития и прочего в том же роде.
Автор: Кирилл Стасевич