Как в эмбрионе появляются органы: ученые приблизились к разгадке

Ученые из Мичиганского университета усовершенствовали экспериментальную модель раннего эмбрионального развития. Это позволило им глубже заглянуть в механизмы, от которых зависит формирование органов и предотвращение врожденных аномалий.

2D-гаструлоиды формируют слоистую 3D-структуру через 4 дня

Источник: Nature

Исследование, проведенное Боханом Ченом в лаборатории Идсе Хемскерка на кафедре клеточной и эволюционной биологии Медицинской школы Мичиганского университета, опубликовано в журнале Nature Methods. В нем ученые усовершенствовали гаструлоиды — двумерные структуры из стволовых клеток, которые воспроизводят ранние этапы эмбрионального развития.

Гаструлоиды создаются в чашке Петри и позволяют моделировать гаструляцию — процесс, в ходе которого формируются три эмбриональных слоя клеток: эктодерма, мезодерма и энтодерма. Эти слои в дальнейшем дают начало различным органам и тканям. Однако ранее такие структуры удавалось поддерживать в культуре не более двух суток — после этого они теряли организованность и переставали развиваться.

Уникальность модели позволила впервые в упрощенной системе наблюдать естественную миграцию клеток, имитирующую эмбриональное развитие

Источник: Unsplash

Команда исследователей решила изменить состав среды и внесла другие улучшения в эксперимент. Это позволило сохранить организованность гаструлоидов на более длительный срок. В результате ученые впервые наблюдали, как стволовые клетки мезодермы начали мигрировать под поверхностный слой клеток, формируя многослойную структуру, схожую с реальным эмбрионом.

Хемскерк отметил, что направление миграции клеток оказалось не случайным: они перемещались от периферии к центру. Это означает, что клетки получают некий сигнал о направлении движения. Новая модель поможет в дальнейшем выяснить, что именно управляет этой миграцией.

Стволовые клетки мезодермы постепенно перемещаются под поверхностный слой, формируя многослойную структуру и направляясь от края к центру гаструлоида

Команда также обнаружила, что мезодермальные клетки гаструлоида включают несколько подтипов, каждый из которых экспрессирует, то есть активирует, разные гены. Это удалось визуализировать с помощью флуоресцентных меток. По характеру экспрессии можно судить, во что превратится клетка в будущем — например, в сердечную мышцу или печеночную ткань.

Один из ключевых вопросов, который исследователи теперь могут изучить: определяет ли судьбу клетки ее изначальное состояние, или решающим фактором является то, куда она переместится. По словам Хемскерка, улучшенная модель поможет ответить на этот и другие фундаментальные вопросы, не прибегая к этически спорным исследованиям настоящих эмбрионов.

Пока одни ученые исследуют, как клетки определяют свою судьбу в процессе развития, другие пытаются понять, что мешает эмбриону вообще дойти до этой стадии. Иногда борьба разворачивается не между клетками, а прямо внутри генома — об этом вы можете узнать в следующей статье.