Гибрид цыпленка и человека
Новые исследования группы ученых из Университета Рокфеллера под руководством Али Бриванлу (Ali Brivanlou) и Эрика Сиггиа (Eric Siggia) демонстрируют молекулярную схему, которая определяет судьбу клетки, а также создает платформу для изучения ранних этапов развития человека.
Эмбриональные стволовые клетки могут дифференцироваться в любой из видов клеток организма, будь то кости или мозг, легкие или печень. В эмбрионах амфибий и рыб обнаружены особые группы клеток, которые управляют формированием ранних структур. Эти клетки называют организаторами, они высвобождают сигнальные молекулы, которые вызывают рост и определенное развитие других клеток. Трансплантация клеток-организаторов одного эмбриона другому вызывает рост первичной хорды в организме хозяина, из которой начинают формироваться кости и хрящи позвоночника, а затем внутри закладывается центральная нервная система.
Из этических соображений подобные эксперименты на человеческих эмбрионах не проводились, поэтому ученые не знали, существуют ли подобные организаторы у людей. Чтобы выяснить это, группа провела серию экспериментов с искусственными человеческими эмбрионами – это малые кластеры клеток, примерно один миллиметр в поперечнике, выращенные в пробирке из эмбриональных стволовых клеток человека. Искусственные эмбрионы далеки от природных аналогов, но все же содержат многие из клеток и тканей, присущих живым эмбрионам.
Предыдущие исследования показали, что раннее эмбриональное развитие у животных, таких как мыши и лягушки, управляется тремя разными сигнальными путями. Активация этих механизмов в искусственных человеческих эмбрионах показала, что те же молекулярные сигналы могут стимулировать развитие в клетках человека. Если сигналы были получены в правильной последовательности, искусственные эмбрионы генерировали собственные клетки-организаторы. И все же есть разница между тем, как ведут себя клетки в чашке Петри и как они будут вести себя внутри реального эмбриона.
Чтобы подтвердить свои первоначальные результаты, исследователи привили искусственные человеческие эмбрионы живым куриным эмбрионам. Перед этим они пометили человеческие клетки флюоресцентным маркером, который позволил точно отслеживать клетки под микроскопом.
Еще никогда исследователям не удавалось успешно привить эмбриональные клетки человека раннему эмбриону птицы. В этом эксперименте человеческие клетки начали закладку первичной хорды и нервной трубки – факт, который подтвердил наличие клеток-организаторов.
Удивительным оказалось происхождение этих структур. Первичная хорда, из которой формируется хрящевая и костная ткань позвоночника, состояла из человеческих клеток, а развивающаяся внутри нервная ткань спинного мозга – исключительно из куриных клеток.
Клетки-организаторы человека (красного цвета) после привития в куриный эмбрион генерируют осевые структуры (синего цвета) и другие ткани. Источник: The Rockefeller University.
Таким образом, человеческие клетки оказались способны не только создавать новые структуры в эмбрионе куриц, но и стимулировать клетки организма-хозяина дифференцироваться в нервную ткань.
Понимание того, как недифференцированные стволовые клетки становятся определенным типом ткани, имеет большое значение для регенеративной медицины, суть которой в применении стволовых клеток, для лечения и восстановления поврежденных тканей.
Технология, с помощью которой Бриванлу и его группа прививали клетки живым куриным эмбрионам, представляет собой новый мощный инструмент для изучения ранних этапов развития человека. Они уже используют ее в других исследованиях. Открывая новые детали процесса дифференцировки стволовых клеток в нормальную ткань, подход должен помочь ученым понять, когда и как развитие может пойти неправильно с первых моментов жизни эмбриона.
Это, в свою очередь, позволит создать новые способы предотвращения выкидышей и врожденных дефектов, а также методы лечения заболеваний от рака до диабета.
Статья I. Martyn et al. Self-organization of a human organizer by combined Wnt and Nodal signaling опубликована в журнале Nature.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам The Rockefeller University: A first look at the earliest decisions that shape a human embryo.