Ученые из Кембриджского университета в сотрудничестве с Институтом Хабрехта в Нидерландах разработали новую модель для изучения ранней стадии развития человека с использованием эмбриональных стволовых клеток человека. Модель напоминает некоторые ключевые элементы эмбриона в возрасте 18-21 дня и позволяет исследователям наблюдать процессы, лежащие в основе формирования плана человеческого тела, никогда ранее не наблюдавшегося непосредственно. Понимание этих процессов имеет потенциал для выявления причин человеческих врожденных дефектов и заболеваний, а также для разработки тестов на них у беременных женщин, сообщает сайт forumssity.
План тела, или план организма, возникает в процессе, называемом «гаструляция». Во время гаструляции у эмбриона образуются три отдельных слоя клеток, которые в дальнейшем образуют все основные системы организма: эктодерма создает нервную систему, мезодерму мышц и энтодерму кишечника.
Гаструляцию часто называют периодом «черного ящика» человеческого развития, потому что законодательные ограничения не позволяют выращивать человеческие эмбрионы в лаборатории после 14-го дня, когда начинается процесс. Этот предел был установлен на стадии, когда эмбрион больше не может образовывать близнецов.
Многие врожденные дефекты возникают в период «черного ящика», причины которого включают алкоголь, лекарства, химикаты и инфекции. Лучшее понимание гаструляции у человека может также пролить свет на многие медицинские проблемы, включая бесплодие, выкидыш и генетические нарушения.
«Наша модель является частью плана человека», - сказал профессор Альфонсо Мартинес-Ариас из кафедры генетики Кембриджского университета, который руководил исследованием. «Интересно наблюдать процессы развития, которые до сих пор были скрыты от глаз и от изучения».
Опубликованный сегодня в журнале Nature , отчет описывает метод использования эмбриональных стволовых клеток человека для создания трехмерной сборки клеток, называемой гаструлоидами, которые разделяются на три слоя, организованных таким образом, который напоминает ранний план человеческого тела.
Чтобы сделать гаструлоиды в лаборатории, определенное количество человеческих эмбриональных стволовых клеток было помещено в маленькие лунки, где они образовали плотные агрегаты. После обработки химическими сигналами было замечено, что гаструлоиды удлиняются вдоль оси от головы до хвоста, известной как переднезадняя ось, включая гены в определенных узорах вдоль этой оси, которые отражают элементы плана тела млекопитающего.
Модельные организмы, включая мышей и рыбок данио, ранее позволили ученым получить некоторое представление о гаструляции у человека. Однако эти модели могут вести себя иначе, чем человеческие эмбрионы, когда клетки начинают дифференцироваться. Животные модели могут по-разному реагировать на определенные лекарства: например, препарат талидомид против утреннего недомогания прошел клинические испытания после тестирования на мышах, но впоследствии привел к тяжелым врожденным дефектам у людей. По этой причине важно разработать лучшие модели человеческого развития.
Гаструлоиды не способны развиваться в полностью сформированный зародыш. У них нет клеток мозга или тканей, необходимых для имплантации в матку. Это означает, что они никогда не смогут продвинуться дальше самых ранних стадий развития и, следовательно, будут соответствовать действующим этическим стандартам.
Посмотрев, какие гены были экспрессированы в этих человеческих гаструлоидах на 72 часах развития, исследователи обнаружили четкую сигнатуру события, которое приводит к появлению важных структур тела, таких как грудные мышцы, кости и хрящи, но они не развивают клетки головного мозга.
Исследователи оценили эквивалентный человеческий эмбриональный возраст гаструлоидов, сравнив их с коллекцией эмбриологии Карнеги. Эта официальная коллекция содержит континуум человеческих эмбрионов, включая ежедневный рост в течение первых восьми недель. Они предполагают, что гаструлоиды частично напоминают эмбрионы человека 18-21 дня.
«Это невероятно захватывающая новая модельная система, которая позволит нам впервые выявить и исследовать процессы раннего эмбрионального развития человека в лаборатории», - сказал д-р Наоми Морис из кафедры генетики Кембриджского университета и первый автор отчета. «Наша система является первым шагом к моделированию появления плана человеческого тела и может оказаться полезной для изучения того, что происходит, когда что-то идет не так, как, например, при врожденных дефектах».
Предыдущая статья
Следущая статья
Вернуться
