Искусственный псевдозародыш, готовый прикрепиться к матке, может стать удачной моделью для изучения патологий эмбрионального развития.

Сразу две исследовательские группы, в Юго-западном медицинском центре Университета Техаса и в Университете Монаша, сообщили в Nature, что им удалось лабораторными методами создать полноценный человеческий эмбрион на стадии бластоцисты. Так называют одну из самых ранних стадий развития – на этапе бластоцисты эмбрион ещё не внедрился в стенку матки, но уже готов это сделать.

Человеческий бластоид – псевдозародыш, соответствующий стадии бластоцисты. Синим окрашены ядра клеток. (Фото: UT Southwestern)

Что такое бластоциста? После оплодотворения яйцеклетка млекопитающих первые несколько дней делится, пока из неё не получится что-то вроде пузырька. В этом пузырьке есть клетки трёх типов. Те, что окружают его по периметру, образуют так называемый трофобласт, или трофэктодерму. Клетки трофобласта потом сформируют плаценту. Большая часть объёма внутри пузырька – просто полость, которая так и называется – полость бластоцисты. Но в одном месте изнутри на стенке пузырька образуется клеточная масса, которая опять же так и называется – внутренняя клеточная масса. Она состоит из эпибласта и гипобласта. Клетки гипобласта потом дадут зародышевый мешок, который помогает эмбриону питаться и дышать на самых ранних этапах развития, и хорион – ещё одну зародышевую оболочку, которая будет участвовать в формировании плаценты. А вот само тело эмбриона начнёт развиваться из клеток эпибласта.

По мере развития молекулярной и клеточной биологии исследователи стали пытаться смоделировать бластоцисту в лабораторных условиях. В этом есть смысл не только с точки зрения фундаментальных знаний о том, как развивается зародыш, но и из практических соображений: многие патологии развития и неудачные беременности начинаются с проблем на стадии бластоцисты. Несколько лет назад лабораторную бластоцисту удалось собрать из мышиных стволовых клеток – полученную клеточную структуру назвали бластоид, чтобы отличать от натуральной бластоцисты. И вот сейчас то же самое получилось с клетками человека.

Главная проблема была в том, чтобы найти стволовые клетки, похожие на клетки бластоцисты. Исследователи из Техасского университета брали их из двух источников. Во-первых, это были настоящие клетки  человеческой бластоцисты. Когда-то человеческую бластоцисту взяли для научных исследований, разобрали на клетки, и с тех пор их сохраняют для экспериментов. (Клетки зародыша потенциально бессмертны, если их правильно содержать.)

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.

Исследователи выращивали клетки в специальном сосуде, который позволял им образовать трёхмерную структуру. То есть если бы стволовые клетки захотели создать бластоцисту (бластоид), им бы ничто не помешало. Разумеется, в питательную среду им добавляли молекулярные факторы, которые должны были склонить делящиеся клетки к тому, чтобы сформировать пузырёк с трофобластом, эпибластом и гипобластом.

Другая группа исследователей, в Университете Монаша, тоже работали со специализированными клетками взрослых людей. Но эти клетки не обращали в индуцированные стволовые, а добивались того, чтобы среди них сразу появились бластоцистные клетки трёх видов. То есть первая исследовательская команда «обнуляла» генетическую активность зрелых клеток до самого-самого начального зародышевого состояния, а потом запускала в них программу зародышевого развития – и делящиеся клетки уже сами превращались в клетки трофобласта, эпибласта и гипобласта. А вторая команда сразу пыталась получить клетки трофобласта, эпибласта и гипобласта, которые объединялись в псевдозародыш-бластоид. В первом случае бластоцисту выращивали, во втором – собирали из клеточного конструктора (точнее, детали конструктора сами находили себя и соединялись в нужную структуру).

И в том, и в другом случае всё сработало более-менее успешно: человеческие бластоиды формировались на 6–8 день выращивания клеточной культуры и с 20-процентным успехом. Размером и структурой они были как настоящие, состояли примерно из такого же числа клеток. Активность генов в искусственной бластоцисте тоже была такая же, как у настоящей, готовой имплантироваться в матку. Собственно, когда для полученных бластоидов имитировали условия имплантации, они были на это готовы: они прикреплялись к клеточной культуре, которая изображала стенку матки, и начинали развиваться дальше. У них появлялись зародышевые органы вплоть до того, что некоторые псевдоэмбрионы готовили свои клетки, чтобы создать плаценту.

То есть в принципе клеточные структуры, полученные подобным образом, вполне могут служить моделью для изучения человеческого зародыша в тот момент, когда он готовится укорениться в матке. Хотя портал Nature пишет о неизбежных этических вопросах, которые всегда возникают при слове «эмбрион», эти вопросы, очевидно, будут не столь остры, чем если бы речь шла о настоящем эмбрионе, полученном при слиянии яйцеклетки и сперматозоида. Правда, прежде чем на человеческих бластоидах начнут что-то изучать, нужно скорректировать методы, с помощью которых их получают.

Пока что псевдоэмбрионы, полученные так, как описано выше, развиваются с разной скоростью, и даже разные типы клеток в пределах одного и того же бластоида тоже могут развиваться с немного разной скоростью – хотя в настоящих зародышах всё строго синхронизировано. Наконец, в бластоидах оставалась группа клеток, которая не относится ни к трофобласту, ни к эпибласту, ни к гипобласту, и исследователям ещё предстоит понять, что это за клетки и как от них избавиться.