Стержень всего организма: стволовые клетки доработали спустя десятилетия попыток

Учёные достигли важной вехи в воссоздании тканей человека в лабораторных условиях. В Британии успешно сформировали хорду — наиболее важную особенность всех позвоночных. Более того, хорда действует как биологическая система глобального позиционирования (GPS), направляя формирование нашего позвоночника и нервной системы.


Прорыв совершили исследователи из Института Фрэнсиса Крика в Лондоне. Достижение приблизило науку к пониманию ранних этапов развития человеческого организма, а также полезно для дальнейших исследований недугов спины.

Внутри каждого человеческого эмбриона на ранних этапах развития появляется хорда, своего рода стержень. За последнее десятилетие учёные значительно продвинулись, выращивая из стволовых клеток различные человеческие ткани в лабораториях, но вот воссоздать хорду до сих пор было слишком сложно.

Руководитель научной группы Джеймс Бриско из лаборатории динамики развития рассказал, что неудачи на этом пути мешали постигнуть то, как формируется человек, включая аномалии плода.


— Бриско.

Учёные сначала нанесли на карту молекулярные сигналы, которые управляют формированием хорды во время нормального развития. Специалисты изучали также куриные эмбрионы, чтобы понять, какие гены были активны в различных типах клеток по мере самоорганизации тканей. При этом исследователи сравнивали свои наблюдения с тем, что ранее было известно о мышиных и обезьяньих эмбрионах.

Всесторонний анализ, опубликованный в журнале Nature, показал, что решающую роль играет время. Для правильного развития клетки должны подвергаться воздействию определённых сигналов в точной последовательности.

Поиск точных химических сигналов для создания нотохорды (эмбрионального предшественника скелета) был похож на поиск правильного рецепта, отметил соавтор исследования Тиаго Рито.


— Рито.

Вооружившись новыми знаниями, учёные разработали основу для выращивания ткани хорды. Они обнаружили, что блокирование в нужный момент и на определённое время двух типов молекулярных сигналов — BMP и NODAL — играет ключевую роль.

Когда эти сигналы блокировались через 24 часа после начала развития ткани, многие клетки приобретали характеристики хорды. Однако если блокировать эти сигналы слишком рано или слишком поздно, вместо этого образуются другие типы тканей.

В результате выращенные в лаборатории ткани, которые команда назвала «нотороидами», образовали вытянутые структуры, удивительно похожие на те, что наблюдаются у развивающихся эмбрионов. Эти структуры спонтанно вытягивались до 1–2 мм в длину и содержали заметную полосу клеток хорды, проходящую через центр и окружённую нервной тканью и клетками-предшественниками мышц. Примерно в 70–75% случаев эти структуры успешно формировались, при этом клетки хорды запускали работу соответствующих генов и проявляли характерные особенности: специализированные клеточные участки и соединения между клетками.



Рито добавил, что хорда в выращенных в лаборатории живых структурах, по-видимому, функционирует, как и в развивающемся эмбрионе. Иными словами, она посылает химические сигналы, которые помогают организовать окружающие ткани, как и во время обычного развития.

Исследование также позволило по-новому взглянуть на молекулярный механизм, который управляет развитием тканей. Учёные обнаружили, что белок под названием YAP помогает координировать, когда и где клетки активируют определённые гены.

Открытие обещает важные последствия для понимания того, как сложные ткани организуются во время развития человеческого плода. Кроме того, достижение может ускорить исследования заболеваний позвоночника. Хорда играет важнейшую роль в правильном формировании его тканей, а её неправильное развитие связано с различными нарушениями.

Так, исследование может пролить свет на заболевания, влияющие на межпозвоночные диски — важнейшие амортизирующие слои между позвонками, которые также развиваются из ткани хорды. Эти диски часто «ветшают» с возрастом, что приводит к болям в спине.

В общем, проникновение в тайны хорды даёт таким пациентам надежду на новые методы лечения.