Из стволовых клеток получили модель человеческой бластоцисты

Изучение ранних стадий развития человеческих эмбрионов затруднено как из-за их низкой доступности, так и с точки зрения закона и этики. Несколько лет назад из культивируемых in vitro клеток были получены мышиные бластоцисты, называемые бластоидами. Сейчас в Nature вышло сразу две статьи, авторы которых получили бластоиды из стволовых клеток (СК) человека.

Первая группа (Leqian Yu et al) культивировала эмбриональные и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека в разных средах, получая из них линии, напоминающие трофобласт — наружный слой клеток (TLC), гипобласт (HLC) и эпибласт (ELC) – внутренние клетки бластоцисты. Далее они поместили исходные СК в планшеты с пирамидальными лунками (AggreWell) и культивировали их последовательно в двух типах среды. В результате клетки формировали бластоиды — трехмерные структуры с полостью, напоминающие бластоцисты.

Вторая группа (Xiaodong Liu et al) для этого использовала дермальные фибробласты взрослых доноров: они перепрограммировали их в стволовые с помощью «коктейля» транскрипционных факторов (OCT4, KLF4, SOX2 и c-MYC). Полученную гетерогенную популяцию, содержащую все три линии клеток, они также помещали в AggreWell, где клетки самоорганизовывались в бластоиды. Эффективность образования бластоидов в обеих статьях составляла примерно 10–20%.

У обеих групп морфология, экспрессия факторов и представленность линий, а также их пространственное расположение в бластоидах оказались сопоставимы с нормальными бластоцистами человека. Секвенирование РНК отдельных клеток также дало предсказуемые результаты: паттерны экспрессии генов были теми же, что в клеточных линиях реальных бластоцист, они соответствовали естественным биологическим процессам, протекающим в соответствующих клетках (например, формирование плаценты клетками трофэктодермы). В бластоидах также наблюдались промежуточные популяции клеток, не принадлежащие ни к одной из линий.

Авторам удалось выделить из бластоидов разные линии СК. Например, полученные таким образом стволовые клетки трофобласта при дальнейшем культивировании начинали дифференцировку во вневорсинчатые клетки и синцитиотрофобласт (компоненты зародышевой части плаценты), что подтвердили и иммунофлуоресцентным окрашиванием, и ОТ-ПЦР. Первая группа исследователей ввела полученные СК в бластоцисты мышей, которые сохранялись в эмбрионах и после 5–6 дней культивирования in vitro.

При культивировании in vitro часть бластоидов (40–50% у первой, больше 90% у второй группы) прикреплялась к поверхности плашек, после чего исследователи наблюдали за их развитием 4–5 дней. Так, у некоторых прикрепившихся бластоидов ELC начинали формировать подобие проамниотической полости, HLC поляризовались от ELC и образовывали полость желточного мешка, TLC — выделяли хорионический гонадотропин человека и начинали сливаться. Иными словами, небольшая часть бластоидов повторяла периимплантационное развитие бластоцист.

Первая группа также изучила представленность разных изоферментов протеинкиназы C, используя специфические ингибиторы. Этот фермент нужен для образования плотных контактов между клетками трофэктодермы и формирования полости за счет нагнетания внутрь бластоцисты жидкости.

У предложенных подходов есть ограничения: неидеальная эффективность формирования бластоидов и их дальнейшего развития, которая также отличается для клеток разных доноров и разных экспериментов. В бластоидах есть популяции клеток, у которых нет аналогов в реальных бластоцистах. Из-за того, что никто раньше не работал с подобными структурами, неясно, нужно ли применять к бластоидам «правило 14 дней» (дольше этого срока в настоящее время запрещено культивировать человеческие эмбрионы, хотя обсуждается возможность продления). Поэтому пока авторы не смогли проверить, способны ли бластоиды достоверно воспроизводить процессы гаструляции спустя 5 дней после прикрепления. Комментаторы в Nature допускают, что появление бластоидов, еще более сходных с бластоцистами, может создать этическую проблему.

Тем не менее, бластоиды — первая модель, полученная не из разрушенных эмбрионов, а из культивируемых стволовых клеток in vitro, которая морфологически и транскрипционно сходна с бластоцистой человека. На них можно изучать влияние генетических нарушений на раннее развитие, проводить скрининг препаратов от бесплодия, изучать влияние токсинов и восприимчивость к вирусам, разрабатывать технологии генной терапии.