Стволовые клетки в роли родителей: как ученые вырастили человеческие эмбрионы в лаборатории

Что нужно для создания человеческого эмбриона? Обычно мы думаем, что для этого необходимы яйцеклетка и сперма, которые сливаются в процессе оплодотворения. Однако ученые из Израиля показали, что это не всегда так. Они смогли создать в лаборатории полноценные модели человеческих эмбрионов, используя только стволовые клетки. Эти модели содержат все основные признаки, обнаруженные у нормальных эмбрионов в возрасте около двух недель. Они даже вырабатывают гормоны, которые приводят к положительному результату теста на беременность.


Стволовые клетки — это особые клетки, которые могут превращаться в разные типы тканей организма. Они могут быть получены из разных источников, например, из крови пуповины, из кожи или из лишних эмбрионов, полученных в результате ЭКО. Стволовые клетки имеют большой потенциал для лечения разных заболеваний и повреждений, а также для изучения развития организма.

Однако стволовые клетки не могут сами по себе образовывать эмбрион. Для этого им нужны специальные условия и сигналы, которые подражают естественному процессу оплодотворения и имплантации. Именно этим занимаются ученые, которые создают модели на основе стволовых клеток. Они смешивают разные типы стволовых клеток в определенных пропорциях и добавляют химические вещества, которые активируют или подавляют определенные гены. Таким образом, они заставляют стволовые клетки организовываться в трехмерные структуры, которые имитируют форму и функцию реальных эмбрионов.

Для создания этих моделей исследователи использовали первичные стволовые клетки, которые могут превратиться в любой тип ткани организма. Затем они использовали химические вещества, чтобы побудить эти клетки к росту. Клетки были расположены в структурах, имитирующих характеристики реального человеческого эмбриона. Модели выращивали до тех пор, пока не достигли стадии, эквивалентной двухнедельному эмбриону после оплодотворения.

Исследователи надеются, что их работа позволит пролить свет на то, что происходит в ранние недели человеческого развития и помочь понять причины врожденных дефектов и выкидышей. Кроме того, эти модели могут открыть новые возможности для выращивания органов для трансплантации и предложить альтернативный метод для проведения экспериментов, которые не могут быть проведены на живых эмбрионах. Ограничение на проведение исследований на эмбрионах составляет 14 дней, однако эти модели, поскольку они не считаются эмбрионами, не подпадают под одни и те же законы.

Профессор Альфонсо Мартинес Ариас, эксперт в области медицинских наук из университета Помпеу Фабра в Испании, отметил, что исследование вызывает этические вопросы, но при этом считает его самой важной частью этой работы.

Самые первые модели, основанные на стволовых клетках, были созданы группой ученых из Кембриджского университета в 2016 году. В их исследовании использовались два типа стволовых клеток: эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и экстраэмбриональные стволовые клетки (ЭЭСК). ЭСК способны давать начало всем тканям тела, в то время как ЭЭСК формируют ткани плаценты и другие вспомогательные структуры.

Ученые поместили ЭСК и ЭЭСК в гелевую матрицу и выращивали их в специальных условиях. В результате получились шарообразные структуры, содержащие около 25 тысяч клеток, их назвали «синтетическими структурами постимплантационного человеческого эпибласта» (SHEEFs). Эти структуры напоминали человеческий эмбрион на шестом-седьмом дне после оплодотворения, когда он присоединяется к стенке матки. Стоит отметить, что данные SHEEFs не являлись полноценными моделями эмбрионов, так как не обладали многими важными характеристиками, такими как амниотическая полость и желточный мешок.

Несмотря на прогресс в данной области, остается много вопросов. Например, как достичь более полного сходства между созданными моделями и реальными эмбрионами? Как внедрить в модели биологические процессы, которые происходят при нормальном развитии эмбриона? Все эти вопросы требуют дальнейших исследований и разработки новых методов.

Модели SHEEF показывают, что использование стволовых клеток может быть ключевым для понимания ранних этапов развития человека. Это открывает уникальные возможности для развития новых методов диагностики и терапии, основанных на понимании основных механизмов развития организма. Поэтому, несмотря на ограничения и технические сложности, исследования в этой области будут продолжаться, чтобы приблизиться к полноценному пониманию и контролю над развитием жизни от самых ранних стадий.