Создание человеческого тела через гаструляцию
Международная группа исследователей из Японии, Испании и США представила филогенетический и онтогенетический обзор примитивной полоски и её роли в гаструляции амниот (наземных позвоночных), а также обсудила значение моделей раннего эмбриогенеза млекопитающих на основе эмбриональных стволовых клеток для понимания функции этой структуры.
В публикации в Science профессора Гоцзюнь Шэн, Альфонсо Мартинес Ариас и Энн Сазерленд описывают ключевые принципы организации тела:
- Большинство животных билатерально симметричны и организованы с помощью двух систем координат.
- Первая система задаёт пространственную идентичность клеток по антеропостериорной (голова-хвост) и дорсовентральной (спина-живот) осям.
- Вторая система организует клетки в зародышевые листки: эктодерму (кожа, нервная система), мезодерму (мышцы, кости) и энтодерму (кишечник, лёгкие).
- Один из самых критических периодов развития — гаструляция, когда плюрипотентные клетки начинают процесс дифференцировки в этих системах координат.
У человека гаструляция происходит примерно через две недели после оплодотворения и связана с образованием примитивной полоски — структуры, инициирующей билатеральную симметрию и формирование зародышевых листков.
Современный контекст и вызовы
Благодаря технологиям омоложения дифференцированных клеток в наивное состояние (работы Джона Гёрдона и Синъи Яманаки), учёные могут направлять плюрипотентные клетки к дифференцировке в сотни клеточных линий in vitro. Однако создание функционирующих тканей или органов редко бывает успешным. Ключевая причина — in vivo органогенез начинается сразу после гаструляции, когда клетки разного происхождения и пространственной идентичности взаимодействуют, формируя зачатки органов. Воспроизведение таких зачатков in vitro — главная цель исследований в биологии стволовых клеток и регенеративной медицине.
Новые выводы исследования
Авторы, систематически проанализировав предыдущие работы, пришли к выводам:
- Примитивная полоска не является консервативным признаком в развитии амниот.
- Примитивные полоски млекопитающих и птиц эволюционировали независимо, используя разные надклеточные механизмы для морфологического образования.
- Главная роль гаструляции — не только образование зародышевых листков, но и наделение новых клеток каждой системы координат для организации первичных клеточных судеб и пространственно связанных зачатков органов.
Анализ биомеханических параметров в различных моделях in vivo и in vitro предсказывает, что рудиментарный план тела млекопитающего может сформироваться и в отсутствие примитивной полоски.
Этическое значение
Исследователи предполагают, что «правило 14 дней» (запрет на культивирование человеческого эмбриона более 14 дней после оплодотворения или появления примитивной полоски), используемое во многих странах как ключевой этический ориентир, должно быть пересмотрено. Необходимо консенсусное обсуждение между всеми заинтересованными сторонами для выбора альтернативного ориентира, обеспечивающего как научную, так и этическую строгость.