После того, как яйцеклетка оплодотворена спермой, она несколько раз делится, образуя небольшой свободно плавающий шар стволовых клеток. Примерно на третий день эти стволовые клетки группируются вместе внутри эмбриона с одной стороны; эта стадия известна как бластоциста.
Бластоциста состоит из трех типов клеток: клетки, которые разовьются в будущее тело (которые образуют «эпибласт»), клетки, которые разовьются в плаценту и позволят эмбриону прикрепиться к матке, и клетки, которые образуют примитивную энтодерму, которая будет убедитесь, что органы плода развиваются должным образом и обеспечивают необходимые питательные вещества.Этот предимплантационный период — так называемый, когда бластоциста еще не имплантировалась в матку — широко изучался на человеческих эмбрионах с использованием методов культивирования in vitro.
Однако на седьмой день развития человеческий эмбрион должен имплантироваться в матку матери, чтобы выжить и развиваться дальше, даже несмотря на то, что законодательство Великобритании разрешает изучение эмбрионов в лаборатории до 14 дней.Невозможность имплантации эмбриона является основной причиной потери беременности на ранних сроках, однако клеточные и молекулярные изменения, происходящие в человеческом эмбрионе на этой стадии, остаются неизвестными. Это связано с тем, что невозможно провести такие исследования эмбрионов, развивающихся в утробе матери, и до сих пор не существовало системы для культивирования человеческих эмбрионов в лаборатории после седьмого дня.
Сегодня в параллельных статьях в журналах Nature и Nature Cell Biology две международные группы сообщают о разработке метода, который позволяет им культивировать человеческие эмбрионы вне тела матери в течение дополнительных шести дней, вплоть до 13 дня развития. Эта работа основана на предыдущей работе команды профессора Магдалены Зерницкой-Гетц из Кембриджского университета в области мыши и финансировалась Wellcome Trust.Используя эту технику, исследователи показали, что реорганизация эмбриона, которая обычно происходит во время раннего постимплантационного развития, может быть достигнута в лаборатории при правильных условиях культивирования.
Профессор Зерницка-Гетц, руководившая исследованием в Великобритании и являющаяся автором обоих исследований, говорит: «Имплантация является важной вехой в развитии человека, поскольку именно с этой стадии эмбрион действительно начинает формироваться, и определяется общий план тела. . Это также стадия беременности, на которой могут быть приобретены многие дефекты развития. Но до сих пор было невозможно изучить это на человеческих эмбрионах.
Этот новый метод дает нам уникальную возможность получить более глубокое понимание нашего собственного развития. на этих решающих этапах и поможет нам понять, что происходит, например, во время выкидыша ».«Развитие эмбриона — чрезвычайно сложный процесс, и хотя наша система не может полностью воспроизвести все аспекты этого процесса, оно позволило нам выявить замечательную способность бластоцист человека к самоорганизации, которая ранее была неизвестна», — говорит д-р Марта Шахбази. один из соавторов исследования из Кембриджского университета.Исследователи создали систему для культивирования человеческих эмбрионов in vitro и, используя эту технику, проследили развитие эмбрионов до 13 дня развития. Сразу после «имплантации» три типа клеток, составляющих бластоцисту, реорганизуются в новую конфигурацию.
«Стволовые клетки эпибласта, которые сформируют будущее тело, обладают замечательной способностью к самоорганизации и созданию полости, которая представляет собой базовую структуру раннего постимплантационного человеческого эмбриона», — говорит профессор Зерницка-Гетц. «Без этой полости эмбрион не смог бы развиваться дальше, поскольку это основа для его будущего развития. Это также механизм, который мы можем изучать с использованием эмбриональных стволовых клеток человека».
Ранее считалось, что эта полость возникает в результате процесса, известного как апоптоз, или запрограммированная гибель клеток, но с помощью моделей человеческих эмбриональных стволовых клеток исследователи смогли показать, что на самом деле гибель клеток не требуется для образования полости в человеческих эмбрионах.«Этот процесс похож на то, что мы недавно наблюдали у эмбрионов мышей, несмотря на значительные различия в структуре постимплантационных эмбрионов у этих разных видов млекопитающих», — говорит профессор Зерницка-Гетц. «Это говорит о том, что это может быть фундаментальный процесс, сохраняющийся у многих видов».Д-р Саймон Фишел, основатель и президент CARE Fertility Group, добавляет: «Речь идет о гораздо большем, чем просто понимание биологии развития эмбриона при имплантации.
Знание этих процессов может помочь повысить шансы на успех ЭКО, из которых только около одного в четыре попытки успешны ".Это исследование стало возможным благодаря парам, которые прошли лечение ЭКО и решили пожертвовать свои избыточные эмбрионы, чтобы лучше понять ранние фазы постимплантационного развития человека.
Исследование было лицензировано Управлением по оплодотворению человека и эмбриологии Великобритании.