«Наша модель воспроизводит часть программы развития человека. Нам было невероятно интересно проследить за теми процессами, которые до настоящего времени были скрыты и от взора человека и были недоступны для экспериментального изучения», – передает ТАСС слова профессора Кембриджского университета Альфонсо Мартинеза-Ариаса.
В последние годы ученые начали активно интересоваться устройством генетической программы развития, которая превращает оплодотворенную яйцеклетку в зародыш, плаценту и другие компоненты плода. Открытие сбоев в развитии позволит понять возникновение форм бесплодия и врожденных болезней.
Первые опыты проводились на зародышах мышей и обезьян. Выяснилось, что подобные сведения невозможно получить, наблюдая за развитием эмбрионов этих модельных животных. В связи с этим ученые вынуждены были искать альтернативные способы для получения этих сведений. Так, три года назад британские и корейские генетики провели первый в мире эксперимент по редактированию ДНК жизнеспособных человеческих яйцеклеток и отключению ключевого гена, связанного с работой программы развития человека.
Мартинез-Ариас нашел способ проводить подобные опыты на менее противоречивом материале. Была разработана методика выращивания структур, которые похожи по своему устройству и поведению на одну из первых форм эмбриона человека – гаструлу – с помощью стволовых клеток.
Гаструла состоит из трех отдельных слоев клеток: эктодермы, мезодермы и эндодермы, – которые в будущем становятся основной для формирования важнейших частей тела человека. Первая ткань – материал для нервной системы и кожи, вторая – мускулов, последняя – кишечника и внутренних органов.
Для биологов по-прежнему загадкой остаются процесс формирования гаструлы и особенности ее развития. Этому препятствует правовые нормы, запрещающие проводить эксперименты на эмбрионах, проживших более двух недель. Британские исследователи обошли эту проблему, открыв набор молекул, которые позволяют превращать культуры стволовых клеток в аналог гаструлы.
Для этого ученым пришлось проследить за тем, какие гены активны при формировании гаструлы в зародышах мышей. Они попытались воспроизвести аналогичную среду в культуре человеческих стволовых клеток. Выяснилось, что их можно заставить превратиться в аналог гаструлы, вырастив культуру стволовых клеток определенной плотности и обработав веществом, который блокирует работу гена GSK3В.
Этот участок ДНК служит своеобразным стоп-сигналом, мешающим стволовым клеткам превращаться в различные типы «заготовок» тканей тела, в том числе в эмбриональные ткани гаструлы. Блокировка приводила к тому, что стволовые клетки за несколько часов начали превращаться в миниатюрные подобия гаструлы с четко выраженной трехслойной структурой и вытянутой формой.
Ученые измерили активность генов в «голове» и «хвосте» гаструлы и обнаружили характерные различия в их работе, которые свойственны для программ развития других млекопитающих. Обнаружились группы клеток-«заготовок» мышц, кожи, костей и хрящей, но внутри искусственных гаструл отсутствовали тельца, которые были бы способны превращаться в нейроны.
Это ставит перед учеными новые вопросы о различии программ развития зародышей человека и других животных, но в то же время – с учетом отсутствия нервных клеток – снимает множество этических вопросов, в том числе опасения о том, что искусственные эмбрионы можно будет выращивать до самых последних стадий развития.