Амниотический мешок в чашке: стволовые клетки образуют структуры для изучения причин бесплодия
Первые недели после оплодотворения таят множество загадок, в том числе причин сбоев, ведущих ко многим случаям бесплодия. Учёные не имели хороших способов исследовать, что идёт не так (или должно идти правильно) после имплантации эмбриона в стенку матки.
Новое достижение с использованием человеческих стволовых клеток может это изменить. Крошечные структуры, выращенные в лаборатории, позволят изучать раннее развитие, избегая этических проблем работы с реальными эмбрионами.
Команда из Мичиганского университета сообщает в Nature Communications, что им удалось заставить плюрипотентные стволовые клетки человека на специально сконструированной поверхности сформировать структуры, напоминающие ранний аспект развития — амниотический мешок.
Клетки спонтанно развили некоторые структурные и молекулярные черты натурального амниотического мешка — асимметричной полой шарообразной структуры, содержащей клетки, которые дадут начало части плаценты и самому эмбриону. Однако выращенные структуры лишены других ключевых компонентов раннего эмбриона и не могут развиться в плод.
Это первый случай, когда такая структура была выращена из стволовых клеток, а не из донорского эмбриона.
«До половины всех беременностей прерываются в первые две недели после оплодотворения... У нас ранее не было модели, чтобы исследовать причины», — говорит соавтор Дебора Гумусио.
Стабильный PASE
Исследователи назвали новую структуру постимплантационным амниотическим сакоидным эмбриоидом (PASE). PASE — это полая сферическая структура с двумя чёткими половинами, остающимися стабильными при делении клеток.
- Одна половина состоит из клеток, которые станут амниотической эктодермой.
- Другая половина — из плюрипотентных клеток эпибласта (в норме формирующих зародышевый диск).
Полый центр напоминает амниотическую полость. Стабильность двухполовинчатой структуры PASE зависит от сигнального пути BMP-SMAD, критически важного для развития эмбриона.
PASE также демонстрирует самые ранние признаки инициации «примитивной полоски» (начало гаструляции), хотя она и не развивается полностью.
Результат сотрудничества
Исследование стало продолжением предыдущей работы, в которой шарики стволовых клеток имплантировались в специальную поверхность, имитирующую стенку матки, и начинали дифференцироваться в полые кисты из амниона.
Дальнейший анализ этих кист показал, что небольшая их часть была стабильно асимметричной и выглядела как ранние амниотические мешки человека или обезьяны.
Также выяснилось, что такие структуры могут расти из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) — клеток, полученных из человеческой кожи. Это открывает путь для будущей работы с клетками кожи от пар, страдающих хроническим бесплодием.
Дальнейшие шаги
Помимо изучения биологии PASE в контексте бесплодия, команда планирует:
- Исследовать характеристики ткани амниона (например, её ранний разрыв опасен для плода).
- Изучить, какие аспекты формирования амниона человека совпадают с развитием амниона мыши (мышиная модель привлекательна для изучения генетических заболеваний человека in vivo).
Работа ведётся под надзором комитета, в соответствии с законами о исследованиях стволовых клеток. Эксперименты прекращаются до того, как скопления клеток достигают 14 дней развития (международный лимит для исследований эмбрионов), хотя работа ведётся с тканью, не способной сформировать эмбрион.