Имитацию бластоцисты — ранней стадии развития зародыша — вырастили из фибробластов, перепрограммированных клеток соединительной ткани.
Это позволит обойти запрет на подобные опыты в большинстве стран.
РИА Новости разбирается, насколько "настоящий" получился зародыш и какое будущее ждет эти открытия.
Зачатие без оплодотворения
Обычно эмбрионы в лабораторных условиях выращивают из донорских оплодотворенных яйцеклеток.
В случае клонирования от сперматозоидов можно отказаться. Начиная с середины десятых годов стало понятно, что вырастить зародыши в пробирке можно без участия половых клеток вообще. Бластоциста состоит из трех типов клеток, из которых потом формируются ткани плода, плацента и желточный мешок.
А получают все это из стволовых клеток.
Впервые создать “зародыш без родителей” удалось в 2017-м ученым из Кембриджского университета (Великобритания).
Они взяли эмбриональные и экстраэмбриональные трофобластные стволовые клетки (из них образуется плацента) мыши и поместили их на трехмерный внеклеточный матрикс. Там они самоорганизовались в структуру, которая по строению напоминала обычный мышиный зародыш.
Однако на четвертый день эксперимента его развитие остановилось — не было доступа к питательным веществам, как в организме матери.
Беременность стволовыми клетками
На следующий год эксперимент повторили исследователи из Утрехтского университета (Нидерланды). Как и британские коллеги, они создали мышиный эмбрион из стволовых клеток двух типов — эмбриональных и трофобластных.
Однако голландцы продвинулись дальше. У выращенной ими бластоцисты сформировались все типы клеток, необходимые для дальнейшего развития.
Более того, при имплантации в матку животного бластоциста вызывала беременность. Правда, авторы работы подчеркивали, что у них получился не совсем настоящий зародыш и потому самка не смогла бы его выносить и родить.
В 2019 году ученые из Института биологических исследований Солка (США) также инициировали беременность у мышей, пересадив им эмбрионы, полученные всего из одной соматической клетки. Ее взяли из организма взрослого животного, перепрограммировали и размножили — таким образом появилась культура зародышевых стволовых клеток.
Затем их перепрограммировали еще раз, превратив в так называемые улучшенные плюропотентные клетки, и обработали коктейлем из специальных сигнальных веществ — тех, которые при естественном эмбриональном развитии вызывают дифференцировку трофобласта (из него формируется плацента) и внутренней клеточной массы (из нее образуются ткани зародыша).
В результате в 15 процентах случаев из них вырастали бластоиды — структуры, аналогичные бластоцистам по клеточному составу и экспрессии генов.
Когда полученные бластоиды переносили в матку мышей, то примерно семи процентам удавалось там прикрепиться.
Как отмечали исследователи, в организме самок они развивались еще около недели, но существенно отставали от обычных зародышей, а затем замирали.
Имитация человека
Гипотетически подобный фокус должен был сработать и с человеческими клетками. Полученный таким образом эмбрион позволил бы обойти нынешние довольно суровые правила, напрямую запрещающие создавать зародыши человека в исследовательских целях. А без этого невозможно разобраться, что на самом деле происходит на ранних стадиях развития.
И вот 12 марта группа ученых из Калифорнийского технологического (США) и Кембриджского университетов сообщила, что они вырастили человеческие эмбрионы, используя только стволовые и соматические клетки взрослых людей. Фактически исследователи усовершенствовали методику, по которой в 2017-м создали первого в мире мышиного “зародыша без родителей”.
Однако их результаты появились только на сайте препринтов bioRxiv и пока не прошли процедуру рецензирования.
Две другие работы — биологов из США и Австралии — вышли одновременно 18 марта в Nature. И тем, и другим удалось вырастить из клеток соединительной ткани взрослого человека структуру, которая по свойствам, форме и размерам похожа на человеческую бластоцисту. Как и в экспериментах с мышами, ее назвали бластоидом.
Американцы сначала перепрограммировали клетки фибробластов в плюрипотентные стволовые. А затем поместили их в специальную трехмерную чашку для культивирования, где воздействовали на них сигнальными веществами. В результате сформировался эмбрион. Подобно настоящей человеческой бластоцисте, он содержал три типа клеток, из которых впоследствии должны сформироваться плацента, желточный мешок и ткани самого зародыша.
Австралийцы пошли иным путем. Они перепрограммировали клетки взрослого человека таким образом, что несколько важных генов экспрессировались в них так же, как в трех типах клеток, содержащихся в бластоцисте. Затем поместили в трехмерную чашку, где обрабатывали коктейлем из сигнальных веществ. Через шесть-восемь дней они получили модель человеческого эмбриона.
В обоих экспериментах в бластоиды превращалось всего около 20 процентов перепрограммированных клеток, что сравнимо с результатами опытов с мышами.
Кроме того, ученые сымитировали перенос получившихся зародышей в матку — по понятным причинам провести такую процедуру в реальности нельзя.
Псевдоимплантация прошла успешно, однако уже на десятый-одиннадцатый день зародыши останавливались в развитии.
Как пояснил в разговоре с РИА Новости заведующий лабораторией генетики нарушений репродукции ФГБНУ "Медико-генетический научный центр имени академика Н. П. Бочкова" Вячеслав Черных, в исследованиях речь идет о не вполне "настоящем" зародыше человека.
“Хотя в искусственно созданной бластоцисте есть необходимые элементы (наружный слой клеток, полость — бластоцель — и часть, напоминающая внутреннюю клеточную массу), отмечаются и некоторые эмбриологические недостатки. В частности, нарушения динамики и синхронности развития, морфологические различия строения структур эмбриона, генетические и эпигенетические несоответствия и прочее”, — отметил он.
Не совсем человек
Вполне вероятно, что общество в целом будет относиться к исследованиям на таких моделях более терпимо, чем к опытам над настоящими эмбрионами, считают в редакционной статье Nature исследователи из Мичиганского университета (США).
Пока главный этический вопрос, который стоит решить, — применимо ли к ним правило 14 дней.
Сегодня человеческие эмбрионы, полученные экспериментально, уничтожают через 14 дней после оплодотворения. В одних странах нарушение этой нормы карается законодательно, в других — опыты с подобными зародышами отклоняют этические комитеты и лишают финансирования.
“Поскольку подобное "клеточное создание" получено искусственно, то не вполне запрещено его выращивать. Однако переносить его в полость матки женщины точно нельзя и это должно быть запрещено! Возможно, их имеет смысл делать для фундаментальных исследований механизмов развития человека на ранних стадиях после оплодотворения яйцеклетки. Тем более, если не будет запрета, что подобные эмбрионоиды могут быть культивированы больше 14 дней", — пояснил Вячеслав Черных.
Если же в отношении бластоидов запрет отменят, то ученым, вероятно, удастся разобраться не только с причинами выкидышей и неудачами при ЭКО, но и выяснить механизмы целого ряда наследственных патологий — в том числе сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых типов диабета.
