Ученым впервые удалось вырастить в лаборатории миниатюрные, но функционально полноценные модели человеческого амниотического мешка. Эти структуры, названные пост-гаструляционными амниоидами (PGAs), воспроизводят критически важный орган раннего развития в течение первых 2-4 недель после оплодотворения.
PGAs представляют собой наиболее зрелые и сложные модели амниотического мешка из когда-либо созданных. Они точно копируют его биологический «шарик», наполненный жидкостью, который защищает и питает эмбрион. Модель формирует две отчетливых клеточных слоя: внутренний амниотический энтодерм и внешний экстраэмбриональный мезодерм. PGAs достигают размера до 2,5 сантиметров (1 дюйм) и сохраняют жизнеспособность в лабораторных условиях не менее трех месяцев, что эквивалентно месячному развитию реального мешка.
Исследователи под руководством Сильвии Сантос, руководителя группы в Институте Фрэнсиса Крика в Лондоне, использовали эмбриональные стволовые клетки. Ключом к успеху, как описано в журнале Cell 10 июля, стало воздействие сигнальными молекулами BMP4 и CHIR и культивирование клеток в чашках с круглым дном. Ученые наблюдали «полную самоорганизацию»: клетки самостоятельно сформировали двухслойную, заполненную жидкостью структуру. Сантос выразила восхищение: «Поразительная способность [эмбриональных стволовых клеток] специализироваться и становиться всем при наличии правильных инструкций».
Прорывным открытием стало выявление гена GATA3 как главного регулятора. Эксперименты показали, что один только GATA3, кодирующий транскрипционный фактор, способен превращать клетки в ткань амниотического мешка без других сигналов. Этот ген контролирует активность BMP4 и CHIR. PGAs также продемонстрировали способность влиять на окружающую среду, преобразуя неспециализированные стволовые клетки в различные «экстраэмбриональные» типы.
Антимикробные и противовоспалительные свойства настоящего амниотического мешка уже используются в медицине, например, при лечении ожогов и восстановлении роговицы, где применяются донорские ткани. PGAs предлагают революционную альтернативу – надежный и стандартизированный источник этих ценных клеток, устраняя проблему неоднородности донорского материала.
Эта модель открывает новые горизонты для понимания раннего развития человека. Она может помочь выяснить причины сбоев в формировании амниотического мешка и пролить свет на связь между врожденными пороками развития и аномалиями размера или состава мешка, наблюдаемыми до рождения.
Йи Чжэн, доцент кафедры биомедицинской и химической инженерии Сиракузского университета, не участвовавший в исследовании, отметил важность дальнейших испытаний для подтверждения клинической применимости материалов из PGAs. Он также предложил перспективное направление: «Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) могут быть преобразованы в PGAs". Это потенциально позволит создавать мешки из собственных клеток пациента для персонализированной терапии. Сильвия Сантос резюмировала: «Я невероятно воодушевлена потенциалом этих маленьких структур».
Изображение носит иллюстративный характер
PGAs представляют собой наиболее зрелые и сложные модели амниотического мешка из когда-либо созданных. Они точно копируют его биологический «шарик», наполненный жидкостью, который защищает и питает эмбрион. Модель формирует две отчетливых клеточных слоя: внутренний амниотический энтодерм и внешний экстраэмбриональный мезодерм. PGAs достигают размера до 2,5 сантиметров (1 дюйм) и сохраняют жизнеспособность в лабораторных условиях не менее трех месяцев, что эквивалентно месячному развитию реального мешка.
Исследователи под руководством Сильвии Сантос, руководителя группы в Институте Фрэнсиса Крика в Лондоне, использовали эмбриональные стволовые клетки. Ключом к успеху, как описано в журнале Cell 10 июля, стало воздействие сигнальными молекулами BMP4 и CHIR и культивирование клеток в чашках с круглым дном. Ученые наблюдали «полную самоорганизацию»: клетки самостоятельно сформировали двухслойную, заполненную жидкостью структуру. Сантос выразила восхищение: «Поразительная способность [эмбриональных стволовых клеток] специализироваться и становиться всем при наличии правильных инструкций».
Прорывным открытием стало выявление гена GATA3 как главного регулятора. Эксперименты показали, что один только GATA3, кодирующий транскрипционный фактор, способен превращать клетки в ткань амниотического мешка без других сигналов. Этот ген контролирует активность BMP4 и CHIR. PGAs также продемонстрировали способность влиять на окружающую среду, преобразуя неспециализированные стволовые клетки в различные «экстраэмбриональные» типы.
Антимикробные и противовоспалительные свойства настоящего амниотического мешка уже используются в медицине, например, при лечении ожогов и восстановлении роговицы, где применяются донорские ткани. PGAs предлагают революционную альтернативу – надежный и стандартизированный источник этих ценных клеток, устраняя проблему неоднородности донорского материала.
Эта модель открывает новые горизонты для понимания раннего развития человека. Она может помочь выяснить причины сбоев в формировании амниотического мешка и пролить свет на связь между врожденными пороками развития и аномалиями размера или состава мешка, наблюдаемыми до рождения.
Йи Чжэн, доцент кафедры биомедицинской и химической инженерии Сиракузского университета, не участвовавший в исследовании, отметил важность дальнейших испытаний для подтверждения клинической применимости материалов из PGAs. Он также предложил перспективное направление: «Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) могут быть преобразованы в PGAs". Это потенциально позволит создавать мешки из собственных клеток пациента для персонализированной терапии. Сильвия Сантос резюмировала: «Я невероятно воодушевлена потенциалом этих маленьких структур».
