Множественные функции желточного мешка раскрыты картой раннего развития человека

Роль человеческого желточного мешка в поддержке раннего эмбрионального развития и первой волны пренатальной иммунной системы была изучена в исследовании, опубликованном сегодня (17 августа) в Science.

Исследователи из Wellcome Sanger Institute, Университета Ньюкасла, Cambridge Stem Cell Institute и их коллеги обнаружили, что желточный мешок обладает множественными органными функциями — он действует как печень, чтобы избавляться от токсинов и вырабатывать факторы свертывания крови, а также производит ключевой гормон — эритропоэтин (который стимулирует выработку эритроцитов), обычно вырабатываемый почками у взрослого человека.

Он также выполняет функции, осуществляемые костным мозгом до его формирования на ранних стадиях развития. Исследование также впервые проливает свет на то, как в желточном мешке производятся клетки крови и иммунные клетки.

Желточный мешок внешне связан с эмбрионом и развивается в матке в первые недели беременности. Он жизненно важен для обеспечения питательной и метаболической поддержки развивающемуся эмбриону.

Это исследование является частью международной инициативы Human Cell Atlas (HCA), цель которой — картировать каждый тип клеток в организме человека на протяжении всей жизни, чтобы преобразовать наше понимание здоровья и болезней.

В работе проанализированы 10 образцов желточного мешка и интегрированы внешние наборы данных, что позволило исследователям изучить более 169 000 клеток в период от четырех до восьми недель после зачатия. Используя передовое одноклеточное секвенирование и визуализацию целого органа человеческого желточного мешка, исследователи получили картину самого начала развития иммунной системы. Эта работа является последней публикацией из трилогии статей, завершающей анализ формирования иммунной системы во время гестации в трех участках развивающегося организма (в желточном мешке, печени и костном мозге).

Многие детские заболевания, такие как лейкемии, берут свое начало в раннем развитии иммунной системы. Однако большая часть наших знаний о раннем иммунном развитии получена из исследований на животных, в основном на мышах. Сложность доступа к образцам в прошлом затрудняла исследования развития, ограничивая наше понимание пренатальной иммунной системы.

Представленная сегодня работа также раскрывает важное открытие — новый, ускоренный способ производства макрофагов на очень ранней стадии развития. Исследователи картировали, как первые кроветворные стволовые клетки появляются из выстилки кровеносных сосудов желточного мешка. Эти стволовые клетки производят различные типы клеток крови и иммунных клеток волнами в желточном мешке, а также создают специализированные иммунные клетки, называемые макрофагами, совершенно иным способом, чем во взрослой жизни.

Путь развития макрофагов, по-видимому, уникален для раннего эмбриона — это быстрый и прямой путь получения необходимых организму клеток. В отличие от этого, позже в процессе развития и во взрослой жизни стволовые клетки производят моноциты (промежуточную клеточную стадию), которые затем превращаются в макрофаги.

Это открытие может открыть путь к новому и улучшенному производству инженерных макрофагов с уникальными тканеобразующими свойствами, которые имеют множество терапевтических применений, например, в регенеративной медицине для заживления ран и при дегенеративных заболеваниях мозга, таких как болезнь Альцгеймера.

Ключевые выводы:

• Желточный мешок выполняет функции печени (детоксикация, синтез факторов свертывания), почек (выработка эритропоэтина) и костного мозга до их формирования.
• Впервые картировано происхождение первых кроветворных стволовых клеток и волн клеток крови/иммунитета в желточном мешке человека.
• Обнаружен уникальный для эмбриона ускоренный путь прямого образования макрофагов, минуя стадию моноцитов.
• Исследование основано на анализе более 169 000 клеток из 10 образцов желточного мешка (4-8 недель после зачатия) с помощью одноклеточного секвенирования.
• Работа завершает трилогию исследований HCA по развитию иммунной системы в желточном мешке, печени и костном мозге.