Модель эндометрия создали для изучения имплантации эмбриона

Имплантация происходит между первой и второй неделями после оплодотворения, когда эмбрион внедряется в эндометрий, выстилающий полость матки. Этот процесс строго регулируется. Нарушения имплантации могут быть ассоциированы с преэклампсией, задержкой роста плода, преждевременными родами. Неудачная имплантация также является лимитирующим фактором успеха ЭКО. Но об этом процессе известно не так много, в основном в результате исследования образцов тканей, полученных при гистерэктомии на ранних сроках беременности. Для наблюдения процесса в динамике используют клеточные линии эндометрия, органоиды и ассемблоиды. Но эти модели пока не могут воспроизвести организацию тканей и физиологические характеристики эндометрия. Осложняет изучение имплантации то, что этот процесс значительно различается у людей и других млекопитающих, даже приматов.

Международная группа ученых предложила новую модель рецептивного эндометрия человека, как эпителия, так и стромы, используя технологию CREST (cell-engineered receptive endometrial scaffold technology). С помощью этой модели можно наблюдать имплантацию in vitro, а также ранние постимплантационные стадии.

Сначала авторы выделили эпителиальные и стромальные клетки из биопсий эндометрия здоровых фертильных доноров. Фибробластоподобные клетки стромального слоя эндометрия выделили и размножили, эпителиальные клетки размножили в виде органоидов. Для получения 3D-модели стромальные клетки заключили в гидрогель, который содержал также белки внеклеточного матрикса — коллаген I, III, VI и фибронектин. В таких условиях клетки пролиферировали, удлинялись и формировали упорядоченную сеть.

На гидрогель, содержащий стромальные клетки, высеяли фрагменты органоидов эпителия. Фрагменты разрастались в течение четырех дней, образуя сплошной монослой эпителиальных SOX17+ клеток. По мере развития культуры эпителиальные и стромальные клетки формировали организованную многослойную ткань, толщина которой в среднем составляла около 180 мкм. Модель была похожа на эндометрий — сплошная поверхность эпителиальных клеток и четко очерченный подлежащий стромальный компартмент.

Чтобы симулировать подготовку эндометрия к имплантации, на модель действовали эстрогеном в течение четырех дней, а затем эстрогеном, прогестероном и цАМФ в течение восьми дней. В результате цитоскелет стромы перестроился, форма клеток изменилась, усилилась секреция пролактина и IGFBP1. Форма эпителиальных клеток также изменилась, а на апикальной поверхности эпителия появились пиноподы — морфологические маркеры рецептивности эндометрия. Уровень гликоделина, гликопротеина, в большом количестве присутствующего в железистых секретах, постепенно повышался в культуральной среде после гормональной стимуляции.

Затем исследователи получили бластоиды из эмбриональных стволовых клеток человека. Они перенесли их на модель эндометрия; через 24 часа 53% бластоидов прикрепились или имплантировались. Этот процесс достиг пика через 72 часа, когда прикрепилось или имплантировалось 86% бластоидов. Схожие результаты были получены на эмбрионах (5 дней после оплодотворения) — имплантация была достигнута в 60% случаев.

Также авторы измерили уровень хорионического гонадотропина человека (ХГЧ), биохимического маркера беременности. Уровни ХГЧ в модели были похожи на уровни ХГЧ на той же стадии развития эмбриона (по опубликованным данным). После имплантации в CREST уровень ХГЧ увеличивалась в течение последующих дней.

Затем исследователи измерили секрецию других белков, связанных с беременностью, включая плацентарный лактоген (hPL), ассоциированный с беременностью протеин-А плазмы (PAPP-A) и плацентарный фактор роста (PlGF). Уровни hPL оставались стабильными с 7 по 11 день после оплодотворения, после чего наблюдалось увеличение с 12 по 14 день. Напротив, уровни PAPP-A и PlGF резко увеличились на 10-й день после оплодотворения, а затем постепенно повышались до 14-го дня после оплодотворения.

Авторы оценили, как сигналы от эндометрия влияют на развитие эмбриона. К 10-му дню после оплодотворения эмбрионы достигли нескольких важных этапов, включая формирование полости желточного мешка. Исследователи описали эмбрионы с 12 по 14 день после оплодотворения, о которых известно мало.

При выращивании эмбрионов с CREST (в отличие от других моделей) наблюдалась интенсивная пролиферация и дифференциация трофобластов. Клеточные популяции и структуры, характерные для раннего плацентарного морфогенеза, были обнаружены с 12-го дня.

По мнению авторов, модель позволит лучше понять имплантацию эмбрионов человека и причины бесплодия. Можно создавать индивидуальные модели эндометрия, что ценно для персонализированной терапии, а также платформы для выявления соединений, способствующих имплантации эмбрионов. В будущем можно включить дополнительные типы клеток, в том числе иммунные и сосудистые, чтобы более полно отразить среду эндометрия.

Качество эмбрионов оценили по профилю внеклеточной РНК в культуральной среде