Биологи впервые сумели вырастить эмбрионы в пробирке, которые достигли стадии внедрения в стенку матки. До недавнего времени исследователям удавалось получать тельца зародышей, которые дальше этого этапа не развивались. Сейчас же специалисты имеют возможность создавать платформы для изучения развития человека и животных, а кроме того, — заниматься решением проблем разработки искусственной утробы.

Процесс развития позвоночных живых организмов от одной клетки до состояния многоклеточного организма является очень сложным. Он состоит из нескольких стадий, в ходе которых происходит формирование различных групп клеток, оказывающих влияние друг на друга. Несмотря на то, что ДНК во всех одна и та же, от того, где они расположены в эмбрионе, зависит то, какие гены станут активными. В свою очередь, это определяет те функции, которые будут выполнять клетки в тканях образующегося организма.

Развитие зародыша к млекопитающих возможно не только в материнской утробе, но и в яйце (в частности, у утконоса и ехидны). Эмбрион возникает при оплодотворении яйцеклетки. Затем происходит процесс дробления – то есть, некоторые деления, при которых образуются более мелкие клетки (бластомеры). В конечном итоге образуется шар, который заполнен 16-ю бластомерами.

Эта стадия носит название морула, за ней следует стадия бластоцисты, при которой продолжается деление бластомеров, они все более уплотняются и образуют полую сферу. В ней начинается процесс дефрагментации клеток, в результате которого появляется два типа клеток: эмбриобласт, то есть, внутренняя клеточная масса, и трофобласт, который формирует внешний слой бластоцисты. Эмбриобласт помогает создать у одного из полюсов бластоцисты компактное образование.

В клетках эмбриона на стадии бластоцисты происходят процессы, устанавливающие оси симметрии и регулирующие активность генов. На следующих этапах это поможет в формировании различных тканей. Зародыш, ранее напоминавший сферу, приобретает ассиметричную форму. Трофобласт способствует началу образования внезародышевых тканей, из которых позже формируется плацента, амнион и желточный мешок. Еще несколько групп клеток развиваются из эмбриобласта – гипобласт и эпибласт.

В конечном итоге из эпибласта и происходит формирование будущего организма, но только в том случае, если существует взаимодействие между клетками данной группы и внезародышевыми тканями. За счет гипобласта происходит образование определенных внезародышевых структур, в частности, примитивной энтодермы, впоследствии образующей висцеральную энтодерму, которая окружает эпибласт и выполняет функции регулирования.

После внедрения в процессе беременности бластоцисты в слизистую оболочку матки происходит изменение структуры зародыша, она постепенно усложняется. Происходит упорядочивание клеток эпибласта, они образуют форму розетки. В этот период трофобласт преобразуется во внезародышевую эктодерму, также имеющую полость. В конечном итоге обе полости сливаются. Помимо этого, образуются первичные половые клетки и мезодерма, формируя зародышевый цилиндр.

В состав эпибласта входят эмбриональные стволовые клетки, которые способны дифференцироваться с зародышевые листки: мезодерму, эктодерму и энтодерму. Эти клетки имеют три слоя, то есть, они плюрипотентные, и имеют способность превращаться во все типы клеток организма. По этой причине эмбриональные стволовые клетки применяются для создания эмбриоидов – зародышеподобных структур. Благодаря им ученые могут понять механизмы развития плода. В то же время, проблема заключается в том, что в них после внедрения в стенку матки невозможно воспроизведение процессов, протекающих в живом организме.

Исследователи приняли решение убедиться в том, что внезародышевые ткани способны обеспечить дальнейшее развитие зародыша, за счет проведения соответствующих экспериментов в пробирке. Они взяли небольшие группы стволовых клеток из трофобласта (предшественники клеток внезародышевых органов) и эмбриональные стволовые клетки. Из них ученые получили клеточные структуры, которые имитируют взаимодействие трофобласта и эпибласта. Между клетками связи осуществлялись через внеклеточные трехмерные структуры, выполненные из коллагенового матрикса.

В культуре матрикс заменял примитивную энтодерму, обеспечивая формирование полости и поляризацию клеток эпибласта. Как было установлено, в таких условиях стволовые клетки трофобласта и эмбриональные стволовые клетки формировали своего рода зародышевый цилиндр, характерный для зародышей мышей после внедрения. Впрочем, существовало не только внешнее сходство. После проведения тщательного анализа размера, морфологии и числа клеток и активности генов, которые характерны для определенных линий клеток, ученые установили, что в зародышах и живых организмов и из пробирки, присутствуют отдельные структуры, которые получены из стволовых клеток трофобласта и эпибласта.

Учеными были выделены несколько этапов развития эмбриона в пробирке. Изначально исследователи наблюдали спонтанную самоорганизацию, приводящую к поляризации клеток и образованию внутри экстраэмборинальной и эмбриональной частей зародыша полостей. После этого полости соединились в одно целое – своего рода эквивалент проамниотической полости. Затем две группы стволовых клеток через сигнальный путь Nodal взаимодействовали между собой. Роль сигналов выполняют белки, которые принимают участие в эмбриональной возбудимости. Они определяют пути развития определенных частей эмбриона, в частности, способствует образованию нервной системы. Завершается все выделением морфогенетического костного белка, индуцирующего образование клеток, которые напоминают первичные половые клетки.

Результаты, которые были получены в результате исследования, имеют большое значение для решения проблемы создания искусственной утробы. В подобном устройстве можно было бы вынашивать эмбрионы без наличия живого организма. Впрочем, ученые до сих пор не знают всех факторов, которые оказывают влияние на разделение клеток со стороны материнского организма. К примеру, в настоящее время совершенно непонятна роль внедрения бластоцисты. Выращивание зародышей в пробирке в период после имплантации невозможно производить без изучения процессов, которые происходят в этот период с клетками зародышей. Новые эмбриоиды дадут возможность проводить необходимые исследования.

No related links found


Комментарии:

Leave a reply