Прорыв в биологии: ученые создали модель развития эмбрионов приматов

Международная команда исследователей разработала новую систему культивирования эмбриоидных структур из стволовых клеток обезьяны, которая позволяет изучать критический этап эмбрионального развития — гаструляцию — на сроках, недоступных ранее. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Гаструляция — решающий этап эмбрионального развития, во время которого формируется план строения будущего организма: определяется передне-задняя ось, закладываются три зародышевых листка (эктодерма, мезодерма и эндодерма) и запускаются первые шаги органогенеза. Нарушения на этом этапе становятся причиной значительной части ранних выкидышей и врожденных пороков развития. Однако механизмы гаструляции у приматов (включая человека) оставались практически недоступны для изучения: естественные эмбрионы редки, этические ограничения (включая «правило 14 дней») запрещают культивирование человеческих эмбрионов после этого срока, а существующие модели стволовых клеток обычно останавливались на более ранних этапах.

Полученные эмбриоидные структуры демонстрируют удивительное сходство с естественными эмбрионами обезьян на соответствующих стадиях.

Важнейший результат работы — модель оказалась не только «наблюдательной», но и функциональной. Исследователи провели направленное подавление (нокаут) двух ключевых генов — TBXT и EOMES, участвующих в формировании первичной полоски. Эмбриоиды с мутациями демонстрировали предсказуемые нарушения на поздних стадиях гаструляции, что доказывает: систему можно использовать для изучения того, как конкретные гены управляют развитием.

Модель имеет и ограничения. Эмбриоиды не развиваются дальше 25-го дня, а внезародышевые структуры (в частности, производные трофобласта) дегенерируют. Это, по-видимому, связано с тем, что используются клетки только одного типа, и им не хватает сигналов, которые в норме поступают от трофобласта и материнских тканей.

Эта работа открывает новые возможности для понимания механизмов раннего развития человека, причин врожденных пороков и выкидышей. Модели эмбриоидов приматов позволяют изучать процессы, недоступные для прямого исследования на человеческих эмбрионах, и могут стать мощным инструментом для тестирования терапевтических подходов, направленных на коррекцию нарушений развития. Как отмечают авторы комментария в журнале Signal Transduction and Targeted Therapy, «это исследование показывает, что этические ограничения не должны ограничивать научный поиск, но могут стимулировать развитие альтернативных, этически обоснованных экспериментальных систем».