Китайские исследователи сообщили о создании первой в мире модели человеческого эмбриона, предназначенной для выращивания зачатков органов в лабораторных условиях. Работа была опубликована в журнале Cell и рассматривается как потенциальный прорыв в области регенеративной медицины и биоинженерии, пишет ChinaDaily.
Речь идет о так называемой дисковой эмбриоидной модели (disc-Gastruloids), которая имитирует ранние стадии развития человеческого эмбриона и позволяет контролируемо формировать «органные зачаточные клетки» — клетки, из которых в дальнейшем развиваются органы.
Ученые отмечают, что международные нормы запрещают культивирование полноценных человеческих эмбрионов дольше 14 дней после оплодотворения. Именно в этот период начинается гаструляция — один из ключевых этапов развития, когда формируются зачатки всех будущих органов. Поэтому исследования раннего развития человека долгое время оставались ограниченными, а многие процессы считались «черным ящиком» эмбриологии.
Новая модель призвана обойти эти ограничения. По словам профессора Ю Лэцяня из Института зоологии Китайской академии наук, гаструляция — это момент, когда эмбрион переходит от плоской структуры к трехмерной организации тела. Именно здесь закладывается базовая «архитектура» организма.
Ранее существовавшие модели эмбрионов могли формировать лишь отдельные типы клеток, но не воспроизводили важнейший элемент — первичную полоску, структуру, которая запускает формирование тела и органов. Это делало процессы хаотичными и затрудняло изучение механизмов развития.
В новой работе исследователи применили инженерный подход. Они использовали данные о пространственном расположении и сигнальных взаимодействиях клеток на ранних стадиях развития и создали специальное микрофабрикованное устройство, позволяющее размещать разные типы клеток в строго заданных позициях.
Благодаря этому удалось воспроизвести пространственную организацию эмбриона и добиться того, что клетки начали формировать структуры в правильных местах. В результате модель инициировала процесс гаструляции и сформировала структуры, похожие на нейральную трубку, зачатки кишечника, а также клетки, предшествующие легким, печени и поджелудочной железе. Кроме того, были зафиксированы зачатки сердечной ткани, способные к самостоятельным ритмическим сокращениям.
По данным исследователей, более 80% созданных моделей успешно воспроизвели ключевые этапы раннего развития. Анализ на уровне отдельных клеток показал, что их состав близок к составу естественного человеческого эмбриона на 21-й день развития.
Ученые считают, что технология может стать основой для будущего массового получения «органных зачатков» вне организма, что откроет путь к выращиванию тканей и органов для трансплантации. Это особенно важно на фоне глобального дефицита донорских органов: в Китае ежегодно около 300 тысяч пациентов нуждаются в трансплантации, но проводится менее 20 тысяч операций, а в мире лишь каждый десятый пациент получает необходимый орган.
При этом авторы подчеркивают, что такие модели не являются полноценными живыми организмами, а представляют собой сложные клеточные структуры (органоиды), что, по их мнению, снижает часть этических ограничений, связанных с использованием человеческих эмбрионов в исследованиях.