С момента слияния сперматозоида с яйцеклеткой развитие человеческого эмбриона включает в себя ряд сложных и малопонятных процессов. Многое из того, что известно о развитии эмбрионов, получено от таких животных, как мыши, кролики, куры и лягушки, при этом исследования человеческих эмбрионов очень жестко контролируются и регламентируются в большинстве стран, рассказывает CNN.
Но исследования на животных могут рассказать исследователям не так уж много. Что происходит во время развития человеческого эмбриона, особенно в решающий первый месяц, остается в значительной степени неизвестным.
“Драма происходит в первый месяц, остальные восемь месяцев беременности в основном связаны с интенсивным ростом, - рассказывает Джейкоб Ханна, профессор биологии стволовых клеток и эмбриологии в Институте науки Вейцмана в Израиле. – Но этот первый месяц все еще в значительной степени остается черным ящиком”.
Возможность заглянуть в этот черный ящик может открыть мир биомедицинских возможностей, позволив ученым раскрыть ранее неясные аспекты развития эмбриона, что в конечном итоге привело бы к лучшему пониманию выкидышей, врожденных дефектов и побочных эффектов лекарств, принимаемых во время беременности. И некоторые исследователи полагают, что они нашли способ сделать это, который обходит необходимость в яйцеклетках или сперматозоидах, рассказывает CNN.
Используя достижения в области стволовых клеток, лаборатории по всему миру создают эмбрионоподобные структуры - группу клеток, которая действует как эмбрион, но не может вырасти в плод.
Недавние прорывы в этой области, ставшие кульминацией многолетней кропотливой лабораторной работы, породили надежду и некоторую тревогу, подняв насущные вопросы об этическом статусе этих моделей, о том, в какой степени с ними следует обращаться как с человеческими эмбрионами и открыты ли они для неправильного использования.
Структуры, похожие на эмбрионы, по сути, представляют собой скопления клеток, выращенных в лаборатории, которые меньше рисового зернышка и представляют собой самые ранние стадии развития человека, до того, как сформировались какие-либо органы. У них нет бьющегося сердца или мозга.
Самые продвинутые модели, представленные в сентябре израильской командой, частью которой был профессор Ханна, показывают все типы клеток, которые необходимы для развития эмбриона — плаценту, желточный мешок, хорионический мешок (наружную мембрану) и другие ткани, необходимые эмбриону для развития.
Эти структуры оставляли развиваться в течение восьми дней, достигая стадии развития, эквивалентной 14-му дню человеческого эмбриона в утробе матери, — важного момента, когда естественные эмбрионы приобретают внутренние структуры, которые позволяют им перейти к следующему этапу: развитию предшественников органов тела.
Ханна рассказал, что это были самые точные модели, разработанные до сих пор, и, в отличие от моделей, созданных другими командами, не было произведено никаких генетических модификаций, чтобы включить гены, необходимые для создания различных типов клеток, только химические толчки.
Команда Ханны не использовала оплодотворенные яйцеклетки. Они начали с человеческих клеток, известных как плюрипотентные стволовые клетки, которые потенциально могут быть запрограммированы во многие типы клеток и широко используются в биомедицинских исследованиях. Некоторые из них были получены из клеток кожи взрослого человека.
Затем команда перепрограммировала эти клетки в то, что они называют “наивным состоянием”, соответствующим седьмому дню развития естественного человеческого эмбриона, примерно в то время, когда он имплантируется в матку. Эти “наивные” клетки были разделены на три группы.
Одна группа, предназначенная для того, чтобы стать эмбрионом, была оставлена нетронутой. Две другие группы были “подталкиваемы” с помощью определенных химических веществ, которые активируют определенные гены для развития тканей, необходимых для поддержания эмбриона, таких как плацента. По словам Ханны, через два дня все три группы собираются вместе.
“В первые три дня вы мало что видите, вы просто видите скопление клеток, которое растет, - объяснил он. - Но к четвертому дню вы начинаете видеть... у этого есть структура, вы можете видеть, где будет формироваться эмбрион.
На стадии, эквивалентной седьмому дню, синтетические модели человеческих эмбрионов представляли собой скопления примерно из 120 клеток, вместе взятых размером около 0,01 миллиметра в поперечнике. К 14-му дню они содержали около 2500 клеток и имели размер 0,5 миллиметра.
Ханна и его команда говорят, что модели точно имитируют то, как ранний эмбрион приобретает все структуры, необходимые ему для начала превращения в плод. Внутренняя организация соответствовала изображениям в эмбриологических атласах, выпущенных в 1960-х годах, и когда они применили выделения из клеток к коммерческому тесту на беременность, результат оказался положительным.
Однако только 1% агрегированных клеток самоорганизовались в структуру, подобную эмбриону. По словам Ханны, для того, чтобы модели эмбрионов стали полезным инструментом для ученых, потребовался бы гораздо более высокий процент, что возможно, но, вероятно, потребуются годы для совершенствования.
“Я думаю, мы сможем очень многому научиться из этих моделей эмбрионов, основанных на стволовых клетках. На данный момент есть некоторые недостатки. Они очень неэффективны в изготовлении... поэтому очевидно, что эффективность должна быть повышена, чтобы действительно максимально использовать то, что мы можем извлечь из этих моделей”, - сказал Питер Рагг-Ганн на брифинге для прессы на этой неделе. Рагг-Ганн - руководитель группы и руководитель отдела взаимодействия с общественностью в Институте Бабрахама, который специализируется на исследованиях в области естественных наук.
На сегодняшний день ни одна из моделей эмбрионов не была выращена дольше 14 дней, в основном из-за ограничений и проблем, связанных с культивированием этих структур.
Однако 14 дней - важная веха, поскольку именно на этот срок обычно заканчиваются разрешенные лабораторные исследования культивируемых человеческих эмбрионов. Граница была установлена Законом Великобритании об оплодотворении и эмбриологии в 1990 году на волне общественного беспокойства по поводу младенцев из пробирки до того, как экстракорпоральное оплодотворение получило широкое признание, а также опасения, что ученые игнорируют особый моральный статус человеческих эмбрионов. Впоследствии правило 14 дней было принято несколькими другими странами и в конечном итоге стало международно признанным этическим ограничением.
Это ограничение, которое некоторые ученые хотят расширить, не распространяется на модели эмбрионов на основе стволовых клеток, которые, по мнению Международного общества исследований стволовых клеток, не следует рассматривать как эмбрионы. Тем не менее, организация рекомендовала, чтобы исследования с использованием моделей требовали этического контроля.
Возможно, в будущем эти модели можно будет использовать для изучения человеческого развития далеко за пределами 14-дневного периода. Ханна и другие группы вырастили модели мышиных эмбрионов до более поздней эквивалентной стадии. Он сказал, что в будущем, возможно, удастся увеличить продолжительность жизни на моделях человеческих эмбрионов до 40 дней.
Однако мрачные опасения, что ученые, изучающие модели, пытаются создать альтернативный способ производства человеческой жизни, являются плодом научной фантастики, говорит Ханна.
“Люди сразу думают, что мы пытаемся заменить беременность или вынашивание плода этой моделью эмбриона, но на самом деле это не так, это не только не цель, но и я не думаю, что это когда-либо будет возможно”, - сказал он.
Согласно текущим исследованиям, модели эмбрионов все еще находятся в зачаточном состоянии, с четкими научными отличиями от человеческого эмбриона и отсутствием потенциала для формирования плода.
Кроме того, Международное общество по исследованию стволовых клеток в своих руководящих принципах запрещает перенос любой модели эмбриона в матку человека или животного.
“Я хочу подчеркнуть, что эти модели не являются эмбрионами, и каждая юрисдикция и общество… те, кто изучал это, сказали, что попытка пересадить любой эмбрион на основе стволовых клеток женщине или человеческий эмбрион в матку животного должна быть незаконной. Это должно быть запрещено”, - заявляет Робин Ловелл-Бэдж, профессор и руководитель лаборатории биологии стволовых клеток и генетики развития Института Фрэнсиса Крика в Лондоне.
Многие ученые утверждают, что модели человеческих эмбрионов, особенно если их можно производить в большом количестве, предлагают этическую альтернативу исследованиям редких и ценных человеческих эмбрионов, которые обычно получают как побочный продукт ЭКО.
“Благодаря их базе стволовых клеток мы можем масштабировать все. Мы можем проводить на них эксперименты, которые не в состоянии провести на драгоценных, редких (человеческих) эмбрионах. И поэтому это просто меняет типы экспериментов, которые мы можем проводить, и вопросы, на которые мы можем ответить”, - сказала Наоми Морис, руководитель группы в Лаборатории моделей развития Института Фрэнсиса Крика в Лондоне.
Одним из потенциальных применений может быть скрининг и исследования лекарственных средств. Беременные женщины часто не допускались к испытаниям лекарств из-за опасений по поводу безопасности родителей и будущего ребенка.
В своей лаборатории Наоми Морис провела эксперименты с моделями эмбрионов, чтобы увидеть, как они реагируют на такие лекарства, как талидомид, препарат, который когда-то продавался как средство от утренней тошноты, которая, как уже известно, вызывает врожденные дефекты.
Цель состояла в том, чтобы выяснить, “чувствительны ли они к этим препаратам, которые, как мы знаем, будут токсичны для раннего эмбриона, и затем можем ли мы использовать (модель эмбриона) для скрининга лекарств, о которых мы на самом деле не знаем?”, - сказала она.
Морис согласилась с тем, что модели не следует классифицировать как эмбрионы, учитывая их происхождение из стволовых клеток и поскольку у них все еще отсутствуют определенные признаки, однако она отметила, что это невозможно знать наверняка.
“Мы не можем провести золотой эксперимент, который заключался бы в том, чтобы поместить его в матку и посмотреть, сможет ли он продолжать расти, и, не имея возможности провести этот эксперимент — совершенно справедливо — как мы, исследователи, можем решить, пересекли ли мы эту границу и превратились ли в то, что мы назвали бы эмбрионом? Я думаю, что это большой вопрос. И на этот вопрос нелегко ответить”, - признает Морис.
