Уникальная 3D-модель позволяет исследователям исследовать эмбриональное развитие.
Ключевые выводы
- Исследователи наблюдают начало деления эмбриональных стволовых клеток на верхнюю и нижнюю части тела.
- Междисциплинарная команда изобрела впечатляюще точный 10-дневный «эмбриоид».
- Модель группы может быть важна для других будущих исследований беременности.
Что делает стволовые клетки такими привлекательными для исследований, так это то, что они изначально находятся в недифференцированном состоянии - они способны стать чем угодно в организме человека. Работая с ними, ученые могут конструировать органоиды: синтетические версии органов с ограниченными функциями или другие биологические структуры для изучения. (Органоиды не могут превратиться в независимые живые организмы.) Однако естественный механизм, благодаря которому эмбриональные стволовые клетки становятся различными типами клеток, остается областью, о которой мало что известно.
Теперь исследование идентифицирует конкретный фактор роста - костный морфогенетический белок 4, или «BMP4», - который, по-видимому, является триггером критического события, «нарушения симметрии». Это происходит примерно через две недели после зачатия посредством процесса, называемого гаструляцией, происходящего сразу после прикрепления эмбриона к матке матери. Это поворотный момент, когда скопление клеток впервые начинает разделяться на верхнюю и нижнюю части тела. «Нарушение симметрии управляет почти всем, что происходит во время эмбрионального развития», - говорит Мийо Симунович, младший научный сотрудник лаборатории, проводившей исследование. «Наши головы не похожи на наши ноги, и это потому, что в какой-то момент эмбрион распадается на две части, переднюю и заднюю.”
Вывод исследователей относительно BMP4 - это лишь часть того, чего они достигли - исследование также подтверждает разработанную ими уникальную трехмерную модель, или «эмбриоид», как достаточно точную для использования в лабораторных исследованиях другие процессы развития.
Исследование опубликовано в Nature Cell Biology.
Художественная визуализация стволовых клеток
Нарушение симметрии
Ранее исследования с использованием мышиных эмбриоидов продемонстрировали нарушение симметрии, и это наблюдалось в эмбриональных стволовых клетках человека несколько лет назад, что дает надежду на то, что нарушение симметрии может также произойти в экспериментальном эмбриоиде, если модель эмулирует реальная вещь достаточно хорошо.
Сочетая биоинженерию, физику и биологию развития, исследователи - Симунович, Али Х. Бриванлоу и Эрик Д. Сиггиа - смогли создать новый тип 3D-модели из эмбриональных стволовых клеток человека. Он имитирует генетику, форму и размер примерно 10-дневного человеческого эмбриона. (Исследователям запрещено создавать эмбриоиды, развитие которых превышает развитие естественного 14-дневного ребенка.)
Чтобы протестировать свой эмбриоид, исследователи подвергали его ряду химических сигналов, которые плацента испускает во время беременности, пока они не добрались до костного морфогенетического белка. Симунович вспоминает: «Мы добавили BMP4, и через два дня одна часть трехмерной культуры стала будущей задней, а противоположная часть стала будущей передней».
Модельный эмбриоид
Работа команд привела к внедрению нового типа 3D-модели, которая может привести к лучшему пониманию осложнений беременности, например, почему некоторые эмбрионы не могут успешно прикрепиться к матке. «От 50 до 75 процентов эмбрионов не прикрепляются, что создает огромное препятствие для беременности», - говорит Симунович.«Мы не знаем, почему это так, но, используя эту модель, мы сможем выяснить это».
Simunovic говорит, что модель также может быть полезна при изучении болезней, связанных с развитием. Он говорит: «Мы можем создавать трехмерные эмбриональные модели генетических состояний и следить за процессом развития в режиме реального времени. Эти модели могут, наконец, продвинуть понимание широкого спектра заболеваний, относительно которых мы в настоящее время не знаем, где и когда что-то начинает идти не так».