Ученые Института Вейцмана в Израиле вырастили модели человеческих эмбрионов из стволовых клеток и позволили им расти во внематочных условиях 14 дней. Эти синтетические эмбрионы имеют все структуры и характеристики настоящих эмбрионов, в том числе плаценту, желточный мешок и хорион, что отличает их от клеточных агрегатов, которые ранее использовались в исследованиях. Результаты научной работы опубликованы в журнале Nature.
Для создания эмбрионов были использованы плюрипотентные стволовые клетки, которые могут развиться в любые клетки организма. Их получают путем перепрограммирования клеток взрослого организма, однако они все же отличаются от настоящих зародышевых плюрипотентных клеток тем, что имеют эпигенетическую память, то есть сохраняют паттерны метилирования ДНК, влияющие на активность тех или иных генов. В этом исследовании ученым удалось перевести их в более раннее, так называемое наивное состояние, соответствующее семидневному эмбриону.
Для трансформации в наивное состояние клетки обрабатывались различными химическими веществами для очистки ДНК от метильных групп. Это позволило активировать определенные гены, управляющие дифференциацией клеток в один из трех типов тканей, необходимых для питания и поддержания жизни эмбриона: плацента, желточный мешок или внезародышевая мезодермальная мембрана, которая образует хорионический мешок.
Наивные стволовые клетки смешивались с клетками, которые дифференцировались в ткани собственно эмбриона. В результате формировались комки, около одного процента из которых самоорганизовывались в полноценные эмбрионоподобные структуры, названные SEM (англ. stem cell–based embryo-like structures). Они развивались в течение восьми дней, достигнув стадии 14-дневного эмбриона, когда формируются внутренние структуры, впоследствии превращающиеся в органы.
Ученые наблюдали структурное и функциональное сходство между синтетическими и естественными эмбрионами, в том числе у первых имелись гормональные клетки, вырабатывающие вещества, фиксируемые тестами на беременность. Кроме того, было обнаружено, что, если эмбрион не окружен клетками, образующими плаценту, на десятый день естественного развития, его внутренние структуры, такие как желточный мешок, не смогут развиваться должным образом, что может способствовать прерыванию беременности на ранних сроках.
Авторы отмечают, что синтетические эмбрионы могли бы помочь выявить причины многих врожденных дефектов и видов бесплодия и способствовать появлению новых технологий выращивания трансплантированных тканей и органов.