Амниотический мешок в чашке: стволовые клетки образуют структуры, которые могут помочь в исследовании бесплодия: клеточные биологи, инженеры показывают, как плюрипотентные стволовые клетки самоорганизуются в структуру, аналогичную ранней стадии развития человека.

Несмотря на важность этого критического этапа, у ученых не было хорошего способа изучить, что может пойти не так или даже что должно пойти правильно после того, как недавно сформированный клубок клеток имплантировал в стенку матки человека.Но новое достижение с использованием человеческих стволовых клеток может помочь изменить это. Крошечные выращенные в лаборатории структуры могут дать исследователям возможность увидеть то, что они не могли раньше, избегая при этом этических проблем, связанных с изучением реальных эмбрионов.Команда из Мичиганского университета сообщает в Nature Communications, что они заставили плюрипотентные стволовые клетки человека вырасти на специально сконструированной поверхности в структуры, напоминающие ранний аспект человеческого развития, называемый амниотическим мешком.

Клетки спонтанно развили некоторые из тех же структурных и молекулярных особенностей, которые наблюдаются в естественном амниотическом мешке, который представляет собой асимметричную полую шарообразную структуру, содержащую клетки, которые дадут начало части плаценты, а также самому эмбриону. Но в структурах, выращенных в U-M, отсутствуют другие ключевые компоненты раннего эмбриона, поэтому они не могут развиться в плод.Это первый раз, когда команда вырастила такую ​​структуру, начав со стволовых клеток, вместо того, чтобы уговаривать пожертвованный эмбрион расти, как это сделали несколько других команд.«Почти половина всех беременностей заканчивается в первые две недели после оплодотворения, часто еще до того, как женщина узнает о своей беременности.

Для некоторых пар существует хроническая неспособность пройти эти важные этапы раннего развития, но мы этого не сделали. ранее у нас была модель, которая позволила бы нам изучить причины, почему », — говорит соавтор исследования Дебора Гумусио, доктор философии. «Мы надеемся, что эта работа позволит многим ученым глубже изучить пути нормального и ненормального развития, чтобы мы смогли понять некоторые из самых увлекательных биологических явлений на Земле». Гумучо — профессор кафедры сотовой связи в Энгеле. Биология развития в Michigan Medicine, академическом медицинском центре UM.Устойчивая ПАЗА

Исследователи назвали новую структуру эмбриоидом после имплантации амниотического мешка, или PASE. Они описывают, как PASE развивается как полая сферическая структура с двумя отдельными половинами, которые остаются стабильными даже при делении клеток.Одна половина состоит из клеток, которые станут амниотической эктодермой, другая половина состоит из плюрипотентных клеток эпибласта, которые в природе составляют эмбриональный диск. Полый центр напоминает амниотическую полость, которая при нормальном развитии в конечном итоге дает заполненный жидкостью мешок, который защищает и смягчает плод во время развития.

Gumucio сравнивает PASE с несоответствующим пластиковым пасхальным яйцом или сине-красным шаром покемона — с двумя четко разделенными половинами двух видов ячеек, которые сохраняют стабильную форму вокруг полого центра.

Команда также сообщает подробности о генах, которые активировались во время развития PASE, и о сигналах, которые клетки в PASE посылают друг другу и соседним тканям. Они показывают, что стабильная структура PASE, состоящая из двух частей, основана на сигнальном пути, называемом BMP-SMAD, который, как известно, имеет решающее значение для развития эмбриона.

Гумучо отмечает, что структуры PASE даже демонстрируют самые ранние признаки инициирования «примитивной полосы», хотя она не полностью сформировалась. У человеческого эмбриона полоса запускает процесс, называемый гаструляцией.

Это деление новых клеток на три клеточных слоя — энтодерму, мезодерму и эктодерму — которые необходимы для образования всех органов и тканей в организме.Сотрудничество дает искру

Новое исследование является прямым следствием предыдущей совместной работы лаборатории Гумусио и другого старшего автора, доцента машиностроения Университета штата Вашингтон Цзяньпин Фу, доктора философии.В предыдущей работе, опубликованной в Nature Materials, команде удалось получить шарики стволовых клеток для имплантации на специальную поверхность, созданную в лаборатории Фу и напоминающую упрощенную стенку матки. Они показали, что как только клетки прикрепились к этому субстрату, они начали дифференцироваться в полые кисты, полностью состоящие из амниона — жесткой внеэмбриональной ткани, удерживающей околоплодные воды.

Но дальнейший анализ этих кист соавторами новой статьи Юэ Шао, доктором философии, аспирантом лаборатории Фу, и Кеном Танигучи, научным сотрудником лаборатории Гумусио, показал, что небольшая часть этих кист была стабильно асимметричный и выглядел в точности как ранние амниотические мешки человека или обезьяны.Команда обнаружила, что такие структуры также могут расти из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) — клеток, полученных из кожи человека и выращенных в лаборатории в условиях, которые дают им возможность становиться клетками любого типа, подобно тому, как ведут себя эмбриональные стволовые клетки. . Это открывает двери для будущей работы с использованием клеток кожи, пожертвованных парами, страдающими хроническим бесплодием, которые можно вырастить в ИПСК и протестировать на их способность формировать надлежащие амниотические мешки с использованием методов, разработанных командой.Важные примечания и следующие шагиПомимо работы со специалистами по генетике и бесплодию для более глубокого изучения биологии PASE, связанной с бесплодием человека, команда надеется изучить дополнительные характеристики ткани амниона.

Например, ранний разрыв ткани амниона может поставить под угрозу плод или стать причиной выкидыша. Команда также намеревается изучить, какие аспекты формирования амниона человека также происходят при развитии амниона мыши. Модель эмбриона мыши очень привлекательна в качестве модели in vivo для исследования генетических заболеваний человека.

За работой команды наблюдает группа, которая отслеживает всю работу, выполняемую с плюрипотентными стволовыми клетками в U-M, и исследования проводятся в соответствии с законами, касающимися исследований стволовых клеток человека. Команда заканчивает эксперименты до того, как клубки клеток фактически достигают 14 дней развития, порогового значения, используемого в качестве международного ограничения для исследований эмбрионов, даже несмотря на то, что в работе задействованы ткани, которые не могут образовать эмбрион.

Некоторые из линий стволовых клеток были получены в частной лаборатории MStem Cell U-M для эмбриональных стволовых клеток человека и ядра плюрипотентных стволовых клеток U-M.


Новости со всего мира