Ембріон вперше виростили поза утробою матері Наука Наука та техніка
Розвиток хребетних тварин від однієї клітини до багатоклітинного організму процес дуже складний. У ньому кілька стадій, в результаті яких формуються різні групи клітин, що впливають одна на одну. Хоча в усіх одна й та сама ДНК, від їхнього розташування в зародку залежить те, які гени будуть активними. Це, у свою чергу, визначає функції клітин у тканинах організму, що формується.
Матеріали на тему
Геноцид на благо
У ссавців розвиток ембріона може відбуватися як у тілі матері, так і в яйці (у єхидних і качконосів). Зародок виникає при заплідненні ооциту (яйцеклітини). Після цього відбувається її дроблення - ряд поділів з утворенням дедалі дрібніших клітин (бластомерів). У результаті формується морула — куля, весь внутрішній простір якої заповнений 16 бластомірами.
За стадією морули слідує стадія бластоцисти. Бластомери продовжують ділитися, ущільнюючись і утворюючи порожню сферу. У ній запускається процес диференціювання клітин, і утворюються два типи клітин: трофобласт, що формує зовнішній шар бластоцисти, та ембріобласт (внутрішня клітинна маса), що знаходиться всередині неї. Ембріобласт створює компактну освіту в одного з полюсів бластоцисти.
На стадії бластоцисти у клітинах зародка відбуваються процеси, що встановлюють осі симетрії, а також регулюють експресію генів, що на наступних етапах призведе до формування різних тканин. Ембріон, що раніше нагадував сферу, стає асиметричним. Трофобласт дає початок екстраембріональних (незародкових) тканин, з яких потім утворюються плацента, жовтковий мішок і амніон. З ембріобласту розвиваються ще дві групи клітин – епібласт та гіпобласт.
З епібласту в результатіформується тіло майбутнього організму. Однак це відбувається лише за умови, що клітини цієї групи взаємодіють із позазародковими тканинами. Гіпобласт сприяє утворенню деяких позазародкових структур, у тому числі примітивної ентодерми, яка дає потім вісцеральну ентодерму, що оточує епібласт і виконує регуляторні функції.
Після того як бластоциста впроваджується в слизову оболонку матки в процесі вагітності, структура зародка змінюється, поступово ускладнюючись. Клітини епібласту упорядковуються, утворюючи форму розетки. Усередині з'являється порожнину. Трофобласт у цей час перетворюється на позазародкову ектодерму (ExEc), в якій також є порожнина. Зрештою обидві порожнини з'єднуються. Крім того, виникають мезодерма та первинні статеві клітини, утворюється зародковий циліндр.
Епібласт складається з ембріональних стовбурових клітин (ЕСК), здатних диференціюватися в три зародкові листки: ектодерму, мезодерму та ентодерму. Клітини цих трьох шарів - плюрипотентні, тобто можуть перетворитися на всі типи клітин дорослого організму. Саме тому ЕСК використовуються для створення зародковоподібних структур – ембріоїдів. Вони допомагають зрозуміти механізми розвитку плода, проте проблема в тому, що в них не відтворюються процеси, що протікають in vivo (живий організм) після впровадження в стінку матки.
Вчені вирішили переконатися, що позазародкові тканини забезпечують подальший розвиток ембріона, провівши відповідні експерименти in vitro (у пробірці). Взяли ембріональні стовбурові клітини та невеликі групи стовбурових клітин із трофобласту (ТСК) — попередників клітин позазародкових органів. З них були отримані клітинні культури, що імітують взаємодію епібласту з трофобластом. Зв'язки між клітинами здійснювалися черезтривимірні позаклітинні структури із колагенового матриксу «Матригель».
Матрікс заміняв у культурі примітивну ентодерму, забезпечуючи поляризацію клітин епібласту та формування порожнини. Виявилося, що в умовах ЕСК і ТСК утворювали форму, що нагадує зародковий циліндр і характерну для ембріонів мишей після імплантації. Однак була не лише зовнішня схожість. Ретельний аналіз морфології, розміру, числа клітин та активності генів, характерних для певних клітинних ліній, показав, що в ембріонах як in vivo, так і in vitro були окремі структури, отримані зі стовбурових клітин епібласту та трофобласту.
Дослідники виділили кілька етапів розвитку зародка у пробірці. Спочатку спостерігається спонтанна самоорганізація, яка призводить до поляризації клітин та утворення порожнин усередині ембріональної та екстраембріональної частин зародка. Потім порожнини поєднуються в один великий еквівалент проамніотичної порожнини. Потім дві групи стовбурових клітин взаємодіють через сигнальний шлях Nodal. Сигналами служать білки, що у ембріональної індукції; вони спрямовують розвиток окремих частин зародка, наприклад, сприяють формуванню нервової системи. Все завершується виділенням кісткового морфогенетичного білка, що індукує утворення клітин, що нагадують первинні статеві клітини.
Результати дослідження важливі для вирішення проблеми створення штучної утроби. У цьому пристрої можна було б виношувати зародки без живої істоти. Однак досі відомі не всі фактори, що впливають з боку матері на диференціювання клітин. Наприклад, поки що зовсім незрозуміла роль імплантації бластоцисти. Культивування плодів in vitro у постімплантаційний період неможливе без вивчення того, щовідбувається з клітинами зародків у період. Нові ембріоїди дозволять проводити відповідні дослідження.