Ученые вырастили человеческие эмбрионы из стволовых клеток. Почему это важно?

Обычно простые модели человеческих эмбрионов выращиваются в течение недели. Но в июне 2023 года исследовательские группы опубликовали препринты — научные работы, еще не прошедшие экспертную оценку, — которые пересекли границу возможностей в этой сфере. В них описывались модели человеческих эмбрионов, которые биологи вырастили до более совершенных.

Все подобные модели зарождаются, начиная со стволовых клеток, которые дают жизнь различным типам клеток, приобретая новые черты в процессе деления. Некоторые эксперты генетически настраивают эти стволовые клетки, чтобы подтолкнуть к созданию эмбриона и его вспомогательных тканей (например, плаценты). Однако на сей раз исследователи решили использовать только химические вещества, чтобы заставить стволовые клетки формировать эти ткани. Такой подход позволил получить более точную модель эмбриона, с более реалистичной общей структурой.

Для создания моделей ученые перевели стволовые клетки в так называемое наивное состояние, из которого они способны производить любой тип клеток. Их получают путем перепрограммирования клеток взрослого организма. Затем из них сформировались клетки эмбриона, плаценты, желточного мешка и мембраны экстраэмбриональной мезодермы — предшественницы хориального мешка (внешней мембраны, окружающей зародыш). Эти ткани необходимы для питания и поддержания жизни эмбриона.

В итоге все клетки смешались друг с другом, и около 1% из них слиплись в шарики, имеющие четкую трехмерную архитектуру настоящего человеческого эмбриона. Таким образом, ученые наблюдали структурное и функциональное сходство между синтетическими и естественными эмбрионами. У первых также имелись гормональные клетки, вырабатывающие вещества, фиксируемые тестами на беременность.

Ранее модели эмбрионов, созданные с помощью генетически модифицированных стволовых клеток, подвергались критике, поскольку их строение сильно отличается от строения человеческих эмбрионов. Это первая модель, имеющая морфологическое сходство с человеческим эмбрионом на 14-й день жизни. Сходство оказалось поразительно и, по словам ученых, почти сверхъестественно.

Новые модели пригодятся в будущих исследованиях, но их создание связано с этическими вопросами. Например, как долго следует созревать эмбрионам, созданным в лаборатории? Исторически сложилось так, что ученые придерживаются правила 14 дней, но некоторые утверждают, что этот срок следует увеличить. Что, если из них действительно образуется живой организм? Дело в том, что у 14-дневного эмбриона формируются внутренние структуры, впоследствии превращающиеся в органы, что может продвинуть исследование синтетических эмбрионов на новый уровень.

Лабораторные модели эмбрионов позволяют заглянуть в самые ранние стадии развития человека, когда оплодотворенная яйцеклетка только начинает делиться и внедряется в стенку матки. Вдобавок ученые обнаружили, что, если эмбрион не окружен клетками, образующими плаценту, на десятый день развития, его внутренние структуры (например, желточный мешок), не смогут развиваться должным образом. Это, в свою очередь, может прервать беременность на ранних сроках.

Исследователи надеются, что такие модели будут полезны для изучения врожденных пороков, возникающих на ранних стадиях; причин, по которым беременность может не наступить на этом этапе, а также воздействия лекарственных препаратов на развивающийся эмбрион.