Исследователи из Института науки Вейцмана создали «модель эмбриона», которая отражает 14-дневный человеческий эмбрион, и все это без использования спермы, яйцеклеток или матки. Эти сложные, но искусственные модели обладают всеми признаками этой стадии развития, от плаценты до желточного мешка.

Почему это так важно

Первые недели после того, как сперматозоид встречается с яйцеклеткой, подобны вихревому танцу клеток, превращающему молодой эмбрион из расплывчатого скопления клеток в форму, которую на ультразвуке можно распознать как крошечного человека. Тем не менее, хотя этот решающий этап часто связан с выкидышами и врожденными дефектами, он остается черным ящиком.

Ученым известны основы раннего развития человеческого эмбриона, но мельчайшие детали до сих пор окутаны тайной. Вот почему исследователи из Института науки Вейцмана в Израиле работают над созданием моделей человеческих эмбрионов в лаборатории. Эти агрегаты клеток — по сути, искусственные эмбрионы — способны организовываться в комки, обладающие всеми важнейшими признаками реальных жизнеспособных эмбрионов.

После многих лет кропотливых проб и ошибок исследователи представили то, что называют первой «полной» моделью человеческого эмбриона, которая может воспроизводить первичные структуры, наблюдаемые в подлинных ранних эмбрионах, произведенных из яйцеклетки и спермы.

Раньше клеточные агрегаты из стволовых клеток не могли быть пригодными для использования моделями эмбрионов. Им не хватало определяющих особенностей постимплантационного эмбриона, отсутствовали ключевые типы клеток и структурная организация, жизненно важная для развития эмбриона. Однако новая модель эмбриона, созданная профессором Якобом Ханной и его командой в Институте науки Вейцмана, меняет правила игры. Он предлагает редкую возможность заглянуть в таинственные первые дни развития эмбриона, которые имеют решающее значение для его будущего роста.

«Драма разворачивается в первый месяц, остальные восемь месяцев беременности в основном сопровождаются сильным ростом», — сказала профессор Ханна.

Ранее команда Вейцмана вырастила эмбрион мыши вне матки без использования спермы или яйцеклеток. Искусственный эмбрион рос чуть больше 8 дней, развивая зачатки мозга, кишечного тракта и даже бьющегося сердца.

Вместо традиционных сперматозоидов и яйцеклеток ученые начали с наивных плюрипотентных стволовых клеток, некоторые из которых произошли из взрослых клеток кожи, которым вернули «стволовость». Представьте себе эти клетки как чистые листы, способные трансформироваться в любой тип ткани. С помощью коктейля химических веществ эти клетки удалось превратить в четыре типа клеток, присутствующих в самых ранних человеческих эмбрионах.

Это похоже на выпекание торта, только вместо муки и сахара вы используете клетки, которые станут эмбрионом, плацентой, желточным мешком и внеэмбриональной мезодермой. Смешайте 120 таких клеток в правильном соотношении, и вы получите искусственный эмбрион — и вам не придется при этом вредить яйцеклеткам.

«Эмбрион по определению самостоятелен; нам не нужно говорить ему, что делать — мы должны только раскрыть его внутренний закодированный потенциал», — сказала Ханна.

Эти модели эмбрионов росли до тех пор, пока не стали напоминать эмбрион через 14 дней после оплодотворения, что является законным пределом исследований во многих странах. «Архитектура» искусственного эмбриона имеет множество мелких деталей, которые опытный эксперт по рождаемости может распознать под микроскопом: от плацентоподобного трофобласта до полостей, которые будут питать ребенка.

Каждый отсек был идеально воспроизведен, вплоть до клеток, ответственных за положительные результаты теста на беременность. Фактически, когда команда применила секреты этих клеток к коммерческому тесту на беременность, он дал положительный результат.

Искусственные эмбрионы могут оказаться невероятно полезными. Они могли бы дать ученым ценную информацию о том, как дифференцируются разные типы клеток в решающие первые дни и недели развития эмбриона. Около 30% беременностей заканчиваются неудачей в первую неделю, часто женщина даже не подозревает, что беременна.

Суть в том, что человеческие эмбрионы развивать гораздо сложнее, чем думает большинство людей, и израильские исследователи усвоили этот горький опыт. Лишь 1% их попыток привели к созданию работающей модели эмбриона. По сравнению с 99% неудачных попыток, природа нашла гораздо более оптимальные пути развития, которые ученые надеются со временем разгадать.

Исследование уже выявило некоторые очень хорошие выводы, например, важность того, чтобы плацентообразующие клетки правильно окутывали эмбрион к третьему дню.

«Эмбрион не статичен. У него должны быть правильные ячейки в правильной организации, и он должен иметь возможность развиваться — речь идет о бытии и становлении», — отмечает Ханна.

Благодаря таким новым знаниям на горизонте могут появиться новые методы лечения, предназначенные для предотвращения выкидышей. Также ходят разговоры об использовании этих моделей для повышения успешности экстракорпорального оплодотворения. По данным Общества репродуктивных технологий (SART), у женщин до 35 лет процент живорождений посредством ЭКО составляет всего 55%.

Этические последствия

Исследователи решили остановить развитие искусственного эмбриона на 14-м дне. Однако на законных основаниях они могли бы продолжить и большее, поскольку нынешние правила и положения применяются только к жизнеспособным биологическим эмбрионам. Это НЕ настоящие эмбрионы.

Ученые подчеркивают, что их миссия – спасать жизни, а не создавать их. До появления искусственных эмбрионов единственным вариантом для биологов развития были образцы, собранные в результате выкидышей и абортов. Совсем недавно ученым разрешили изучать донорские эмбрионы из клиник по лечению бесплодия, но не все в этом заинтересованы, поскольку во многих странах подобная практика запрещена.

Эти недавние события подчеркивают необходимость создания более надежной нормативно-правовой базы, которая могла бы идти в ногу с темпами инноваций в этой области.

Новые результаты появились в журнале Природа.