Імплантацію людського ембріона в стінку матки вдалося зімітувати в пробірці

Група дослідників із Австрії, Бельгії та Франції зімітувала в лабораторних умовах імплантацію людського ембріона в стінку матки. Для цього вони виростили в лабораторії ембріони із зародкових стовбурових клітин до стадії бластоцисти та підсадили до вирощених в лабораторії тканин стінки матки людини — органоїдів ендометрію. Зародки, названі бластоїдами, успішно імплантувалися, відтворивши при цьому процеси, які відбуваються зі справжніми ембріонами в утробі. Дослідження опубліковане в журналі Nature.

Навіщо вирощувати аналоги природних ембріонів?

Вивчення найперших етапів формування людини є важливим завданням, оскільки може вдосконалити методи лікування безпліддя, технології штучного запліднення, а також допомогти у розробленні нових, безпечних контрацептивів. Сучасні гормональні контрацептиви мають високу ефективність, але водночас не позбавлені недоліків. Щоб вони діяли як слід, більшість із них необхідно відповідально приймати щоденно, чого буває важко досягнути. Але у деяких жінок препарати мають небажані побічні дії, а іншим взагалі протипоказані. Потенційно кращим варіантом є не гормональні засоби, що їх достатньо приймати лише у певний період, які націлені, наприклад, на перешкоджання імплантації ембріона в стінку матки, що відбувається приблизно через сім днів після запліднення, на стадії бластоцисти.

Щоб зробити такі препарати ефективними й безпечними, треба розуміти процеси розвитку й імплантації ембріонів, а з цим у вчених є складнощі. Отримати для досліджень зародки від жінок майже неможливо, оскільки на такому етапі про вагітність ще не знають. Іноді можна вивчати надлишкові ембріони, що залишилися після екстракорпорального запліднення, утім саму імплантацію дослідити складно, оскільки реалістично імітувати її в пробірці частіше не вдається. Та науковці з Інституту молекулярної біотехнології Австрійської академії наук разом із колегами з Бельгії та Франції запропонували власний підхід до створення моделі розвитку та імплантації людської бластоцисти.

У чому полягає підхід авторів нової роботи?

Дослідники вивчали стовбурові клітини внутрішньої клітинної маси людських зародків, які залишилися після екстракорпорального запліднення, і з дозволу батьків були передані на дослідження. Вчені спробували створити із цих клітин нові людські зародки, які імітували би стадію бластоцисти. Для цього стовбурові клітини помістили в лунки гідрогелевого матеріалу, де вони протягом доби утворили агрегати. Відтак вчені додали до них коктейль із поживних речовин та хімічних стимулів, які покликані ініціювати диференціацію клітин — інгібітори сигнальних шляхів Hippo, TGF-β та ERK. Завдяки цьому на четверту добу 70 відсотків агрегатів стали морфологічно та молекулярно подібними до бластоцист людини.

Тобто вони являли собою сферу з одного шару клітин — трофектодерми (забезпечує імплантацію ембріона в стінку матки та формування плаценти) — із заповненою рідиною порожниною та внутрішнім скупченням клітин на одному боці, які нагадували клітини примітивної ентодерми, або гіпобласту (бере участь у формуванні жовткового мішка), та примітивної ектодерми, або епібласту (із нього сформується тіло зародка). Такі моделі раннього етапу розвитку ембріонів науковці називають бластоїдами.

Далі вчені вирішили перевірити, чи вдасться їм зімітувати сам процес імплантації бластоцист у стінку матки. Для цього бластоїдів помістили до органоїдів ендометрію — вирощених в лабораторії скупчень клітин, які нагадують тканину слизової оболонки матки, у яку вбудовується ембріон при імплантації.

Як вдалося зімітувати імплантацію ембріона в матку?

Досліди показали, що при обробленні органоїдів ендометрію гормонами відповідно до того, як це відбувається в організмі жінки у сприйнятливий до імплантації ембріона період, бластоїди успішно до них прикріплюються. Водночас при видаленні епібласту бластоїди більше не могли імплантуватися, що вказує на роль сигналів його клітин для трофектодерми для успішного прикріплення зародка.

За кілька днів після імплантації в органоїди бластоїди сформували трофобласт, який виробляв хоріонічний гонадотропін бета — гормон, за рівнем якого у крові жінки визначають наявність вагітності. Зареєструвати його вдалося навіть стандартними тестами на вагітність. Окремі клітини епібласту почали експресувати маркери, що вказують на можливий початок формування амніону — однієї із зародкових оболонок. Утім, загалом організація епібласту в пізньому бластоїді (на тринадцятий день) не відповідала стадії розвитку.

Оскільки бластоїди можна сформувати і зі стовбурових клітин дорослих людей, то описана технологія імітації імплантації бластоцисти може допомогти уникнути етичних суперечок щодо дослідів з клітинами людських ембріонів. Зокрема, зараз вони можуть застосовуватися для випробування не гормональних контрацептивів, які перешкоджають імплантації ембріона. Надалі вченим необхідно буде зрозуміти, як зробити бластоїди, особливо їхній епібласт, більш схожим на реальний зародок.

Вирощувати людські ембріони довше 14 днів до цього року було етично неприйнятним, оскільки на основі дослідів на тваринах вважалося, що після цього часу в ембріона починає формуватися нервова система і він може відчувати біль від маніпуляцій. Але нещодавно вченим вдалося дослідити людський ембріон на третьому тижні розвитку, розібравши його на клітини, і вони не знайшли в нього ознак утворення нервової системи на такому ранньому етапі.

---