Исследование эмбриона человека продемонстрировало удивительные первые "шаги" жизни

Биологи из Кембриджского университета вырастили человеческий эмбрион в лаборатории и смогли поддерживать в нём жизнь на протяжении 13 дней после оплодотворения. Такое достижение передвинуло предыдущий рекорд (9 дней) на второе место.

Успешный эксперимент уже позволил учёным обнаружить и изучить новые аспекты раннего развития человека, включая те особенности, которые раньше просто невозможно было наблюдать. Исследователи уверены, что новая технология, позволившая развиваться эмбриону в течение практически двух недель, может помочь определить, почему у женщин происходят выкидыши.

В течение многих десятилетий учёные тщательно изучали ранние этапы жизни многих животных. "Это действительно немного досадно, что в начале 21 века мы знаем больше о рыбах, мышах и лягушках, чем о самих себе", — говорит автор исследования, биолог Али Бриванлу (Ali Brivanlou) из Рокфеллеровского университета.

Исследовательница Магдалена Церникка-Гёц (Magdalena Zernicka-Goetz) и её коллеги из Кембриджа разработали метод культивирования зародышей мышей.

Многие учёные пытались смоделировать условия утробы матери с помощью выращивания эмбрионов на слое материнских клеток. Но команда учёных под руководством Церникка-Гёц предпочла использовать гелевую матрицу с высоким уровнем кислорода. Эмбрионы мышей выжили после гаструляции – стадии, на которой они образуют слои клеток, которые станут органами. "Невероятно смотреть на это", — говорит Церникка-Гёц.

В ходе дальнейшей работы она и её коллеги адаптировали гелевую методику для работы с человеческими эмбрионами. Последние были созданы в ходе процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) в клинике (часть эмбрионов отбраковывается по тем или иным параметрам, их могут жертвовать для научных исследований).

Церникка-Гёц и Бриванлу следили за развитием эмбрионов, сравнивая "включение" (экспрессию) генов у них и эмбрионов других животных на тех же стадиях.

Учёные смогли оценить структурные изменения, происходящие с эмбрионами, используя данные из исследования 1956 года, в котором специалисты изучали эмбрионы женщин, перенёсших гистерэктомию (удаление матки) и другие процедуры.

Команда наблюдала, как клетки в эмбрионах начинают дифференцироваться и проявлять особенности, которые являются уникальными для человека. Так, например, Бриванлу и его коллеги выявили группу клеток, которые проявляются у эмбриона примерно на 10-й день и исчезают на 12-й день.

(иллюстрация Gist Croft/Alessia Deglincerti/Ali H. Brivanlou; The Rockefeller University).

Учёные пока не знают функции этой группы клеток, которая на пике развития составляет 5-10% эмбриона. Но, вероятно, это некий переходный орган, сродни хвосту, который начинает расти у эмбрионов гораздо позже, но по мере развития зародыша исчезает. "Это как открытие нового органа в вашем теле", — отмечает Бриванлу.

Новый метод культивирования также показал значительные различия между экспрессией генов у человеческих и мышиных эмбрионов. Это говорит о том, что грызуны не могут быть хорошими моделями для понимания развития человека.

Вероятно, технология культивирования привлечёт внимание учёных. По мнению Мартина Пера (Martin Pera) из Мельбурнского университета в Австралии, изучение эмбрионов в пробирке поможет исследователям, которые пытаются выращивать стволовые клетки в структурах подобных эмбрионам, чтобы судить о точности их работы.

По мнению экспертов, технология также поможет использовать такие структуры, чтобы проводить более масштабные и более сложные эксперименты ― исследовать такие темы, как развитие врождённых дефектов или воздействия токсичных соединений.

И не менее важно то, что индустрия рождаемости также может извлечь выгоду из новой технологии. Так, Норберт Глайгер (Norbert Gleicher), глава Центра репродукции человека (Center for Human Reproduction) отмечает, что около 50 процентов эмбрионов, которые имплантируются в матку матери, не выживают. Последние исследования могут помочь учёным понять, в чём состоит причина неудач.

"Процесс имплантации ― это большой чёрный ящик для нас, врачей", — говорит Глайгер. Сейчас он планирует использовать наработки своих коллег, чтобы лучше оценивать жизнеспособность эмбрионов перед их имплантацией в клиниках ЭКО.

Исследователи могли бы продлить жизнь эмбрионов и далее (если бы не этические и законодательные запреты), но они сомневаются, что их эмбрионы прожили бы намного дольше двух недель. Дело в том, что на более позднем сроке организм нуждается в смеси гормонов и питательных веществ от матери, но точный её состав до сих пор не ясен. Известно, что исследователи уже начали эксперименты по этой теме с эмбрионами приматов и коров.

Теоретически учёные уже в ближайшее время смогут поддерживать жизнь эмбриона более продолжительное время. Однако такой вопрос затрагивает не только технологические аспекты, но и вызывает этические вопросы. В 12 странах мира учёным запрещено проводить исследования с эмбрионами старше 14 дней. Это крайний срок, когда эмбрион можно разделить на идентичных близнецов. Затем, вероятно, начинает формироваться уникальный индивидуум.