Более десяти лет назад японский исследователь и лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2012 года Синъя Яманака (Shinya Yamanaka) из Киотского университета совершил прорыв в области создания искусственного человеческого эмбриона. Он и его команда доказали, что обыкновенные зрелые клетки кожи грызунов могут быть преобразованы в эмбрионоподобные стволовые клетки. Они были названы индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК), и стали незаменимым инструментом медиков и биологов.

Напомним, что плюрипотентность клетки – это её способность развиться в клетку любого органа и ткани. Словом «индуцированная» называют клетку, полученную из обычной соматической путём «перепрограммирования». Именно таким способом специалисты выращивают разные ткани, чтобы испытывать на них лекарства. Кроме того, они используются в лечении возрастной макулярной дегенерации.

ИПСК схожи с клетками, которые развиваются в первые дни после оплодотворения яйцеклетки. По сути, они идентичны своим природным аналогом, ИПСК могут развиваться во все типы фетальных клеток. Однако, несмотря на явный прорыв на пути к созданию искусственного эмбриона, для реализации намеченного не хватало ещё двух видов стволовых клеток, из которых формируется плацента и желточный мешок.

Поясним, что эмбрион на стадии развития, известной как бластоциста, состоит из трёх типов стволовых клеток. Первый тип клеток, который получили ещё десять лет назад, впоследствии становится самим организмом, в то время как второй тип – трофобластные стволовые клетки – идут на образование плаценты, а третий тип – внеэмбриональные эндодермные стволовые клетки – на формирование желточного мешка, богатого питательными веществами.

Теперь же израильские специалисты под руководством доктора Йосефа Буганима (Yosef Buganim) получили все три типа из взрослых клеток кожи.

Авторы работы обнаружили комбинацию из пяти генов, которая будучи введённой в клетки кожи мышей, перепрограммирует их в каждый из трёх ранних эмбриональных типов клеток. Процесс трансформации занимает примерно месяц.

Чтобы прийти к открытию, израильские учёные использовали новую технологию для изучения молекулярных сил, которые решают судьбу клеток как во время перепрограммирования клеток кожи, так и в момент естественного процесса эмбрионального развития.

В частности, они выяснили, что ген Eomes «подталкивает» клетку к развитию идентичности плацентарных стволовых клеток и формированию плаценты, а ген Esrrb координирует развитие стволовых клеток плода.

Чтобы раскрыть молекулярные механизмы, которые активируются во время формирования различных типов клеток, исследователи изучили изменения в структуре и функции генома внутри них, во время введения пяти генов.

Оказалось, что на первом этапе клетки кожи теряют так называемую клеточную идентичность, а затем медленно приобретают свойства одного из трёх ранних эмбриональных типов клеток.

Примечательно, что в последние годы учёные работают над созданием искусственного эмбриона мыши без использования сперматозоидов или яйцеклеток. Ранее авторы проекта «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о достижении исследователей из Кембриджского университета, которые впервые получили зародышей, достигших ключевого этапа развития.

Стоит отметить, что ранее специалисты использовали клетки, полученные непосредственно из живого развивающегося эмбриона, а исследование израильских учёных стало первой попыткой создать все три основные линии клеток из клеток кожи.

Как сообщается в пресс-релизе работы, полученные данные показывают, что, необходимость «жертвовать» живым эмбрионом для получения искусственного, возможно, исчезнет.

В будущем подобную технологию, отработанную на мышах, можно будет применить для создания и исследования человеческих эмбрионов, выращенных из клеток кожи без использования яйцеклетки и сперматозоида. Предположительно, это снизит остроту критики о моральной стороне подобных действий.

Впрочем, Буганим считает, что на сегодняшний день учёные всё ещё далеки от конечной цели исследования.

«Чтобы создать ребёнка, нужно организовать клетки в трёхмерную структуру. Тогда, если мы найдём точное соотношение между типами клеток, подберём подходящую среду, мы сможем произвести эмбрион», – делится он с изданиемThe Jerusalem Post.

В целом, как отмечают авторы работы, подобные исследования помогут учёным изучить эмбриональные дефекты или плацентарную дисфункцию за счёт моделирования развития эмбриона в лабораторных условиях.

Кроме того, такие эксперименты могут помочь исследователям получить более чёткое представление о раннем развитии зародышей, изучение которого порой осложнено техническими и этическими трудностями.

Научная статья по итогам исследования опубликована в издании Cell Stem Cell.