Штучний псевдозародиш, готовий прикріпитися до матки, може стати вдалою моделлю для вивчення патологій ембріонального розвитку.
Відразу дві дослідницькі групи, в Південно-західному медичному центрі Університету Техасу і в Університеті Монаша, повідомили в Nature, що їм вдалося лабораторними методами створити повноцінний людський ембріон на стадії бластоцисти. Так називають одну з найбільш ранніх стадій розвитку - на етапі бластоцисти ембріон ще не впровадився в стінку матки, але вже готовий це зробити.
Що таке бластоциста? Після запліднення яйцеклітина ссавців перші кілька днів ділиться, поки з неї не вийде щось на зразок бульбашки. У цій бульбашці є клітини трьох типів. Ті, що оточують його по периметру, утворюють так званий трофобласт, або трофектодерму. Клітини трофобласту потім сформують плаценту. Велика частина обсягу всередині бульбашки - просто порожнина, яка так і називається - порожнина бластоцисти. Але в одному місці зсередини на стінці бульбашка утворюється клітинна маса, яка знову ж так і називається - внутрішня клітинна маса. Вона складається з епібласту і гіпобласту. Клітини гіпобласту потім дадуть зародковий мішок, який допомагає ембріону харчуватися і дихати на найбільш ранніх етапах розвитку, і хоріон - ще одну зародкову оболонку, яка буде брати участь у формуванні плаценти. А ось саме тіло ембріона почне розвиватися з клітин епібласту.
У міру розвитку молекулярної і клітинної біології дослідники почали намагатися змоделювати бластоцисту в лабораторних умовах. У цьому є сенс не тільки з точки зору фундаментальних знань про те, як розвивається зародок, а й з практичних міркувань: багато патології розвитку і невдалі вагітності починаються з проблем на стадії бластоцисти. Кілька років тому лабораторну бластоцисту вдалося зібрати з мишачих стовбурових клітин - отриману клітинну структуру назвали бластоїд, щоб відрізняти від натуральної бластоцисти. І ось зараз те ж саме вийшло з клітинами людини.
Головна проблема була в тому, щоб знайти стовбурові клітини, схожі на клітини бластоцисти. Дослідники з Техаського університету брали їх з двох джерел. По-перше, це були справжні клітини людської бластоцисти. Колись людську бластоцисту взяли для наукових досліджень, розібрали на клітини, і відтоді їх зберігають для експериментів. (Клітини зародка потенційно безсмертні, якщо їх правильно утримувати.)
По-друге, зародкові клітини можна отримати зі звичайних клітин дорослої людини - це будуть так звані індуковані плюрипотентні стовбурові клітини. Індуковані - тому що їх створюють, обробляючи звичайні клітини спеціальними молекулярними сигналами. У результаті клітини шкіри втрачають спеціалізацію і впадають у глибоке ембріональне дитинство, коли вони могли нескінченно ділитися. Зародкові клітини здатні перетворитися на будь-які інші, тому їх називають плюрипотентними. Ми багато разів писали про такі стовбурові клітини; за властивостями вони не відрізняються або майже не відрізняються від справжніх зародкових клітин.
Дослідники вирощували клітини в спеціальній судині, яка дозволяла їм утворити тривимірну структуру. Тобто якби стовбурові клітини захотіли створити бластоцисту (бластоїд), їм би ніщо не завадило. Зрозуміло, в живильне середовище їм додавали молекулярні фактори, які повинні були схилити клітини до того, щоб сформувати бульбашку з трофобластом, епібластом і гіпобластом.
Інша група дослідників, в Університеті Монаша, теж працювали зі спеціалізованими клітинами дорослих людей. Але ці клітини не звертали в індуковані стовбурові, а домагалися того, щоб серед них відразу з'явилися бластоцистні клітини трьох видів. Тобто перша дослідницька команда «обнуляла» генетичну активність зрілих клітин до самого-самого початкового зародкового стану, а потім запускала в них програму зародкового розвитку - і клітини, що діляться, вже самі перетворювалися на клітини трофобласту, епібласту і гіпобласту. А друга команда відразу намагалася отримати клітини трофобласту, епібласту і гіпобласту, які об'єднувалися в псевдозародиш-бластоїд. У першому випадку бластоцисту вирощували, у другому - збирали з клітинного конструктора (точніше, деталі конструктора самі знаходили себе і з'єднувалися в потрібну структуру).
І в тому, і в іншому випадку все спрацювало більш-менш успішно: людські бластоїди формувалися на 6-8 день вирощування клітинної культури і з 20-відсотковим успіхом. Розміром і структурою вони були як справжні, складалися приблизно з такого ж числа клітин. Активність генів у штучній бластоцисті теж була така ж, як у справжньої, готової імплантуватися в матку. Власне, коли для отриманих бластоїдів імітували умови імплантації, вони були на це готові: вони прикріплювалися до клітинної культури, яка зображувала стінку матки, і починали розвиватися далі. У них з'являлися зародкові органи аж до того, що деякі псевдоембріони готували свої клітини, щоб створити плаценту.
Тобто в принципі клітинні структури, отримані подібним чином, цілком можуть служити моделлю для вивчення людського зародка в той момент, коли він готується вкоренитися в матці. Хоча портал Nature пише про неминучі етичні питання, які завжди виникають при слові «ембріон», ці питання, очевидно, будуть не настільки гострі, ніж якби мова йшла про справжній ембріон, отриманий при злитті яйцеклітини і сперматозоїду. Правда, перш ніж на людських бластоїдах почнуть щось вивчати, потрібно скорегувати методи, за допомогою яких їх отримують.
Поки що псевдоембріони, отримані так, як описано вище, розвиваються з різною швидкістю, і навіть різні типи клітин в межах одного і того ж бластоїду теж можуть розвиватися з трохи різною швидкістю - хоча в справжніх зародках все суворо синхронізовано. Нарешті, в бластоїдах залишалася група клітин, яка не відноситься ні до трофобласту, ні до епібласту, ні до гіпобласту, і дослідникам ще належить зрозуміти, що це за клітини і як від них позбутися.