Команда, возглавляемая профессором Магдаленой Зерницкой-Гетц, разработала модель эмбриона без участия яйцеклеток и сперматозоидов, а вместо этого использовала стволовые клетки — основные клетки организма, которые могут развиваться практически в любой тип клеток в организме.

Исследователи имитировали естественные процессы в лаборатории, направляя три типа стволовых клеток, обнаруженных в раннем развитии млекопитающих, до момента, когда они начинают взаимодействовать. Вызывая экспрессию определенного набора генов и создавая уникальную среду для их взаимодействия, исследователи смогли заставить стволовые клетки «разговаривать» друг с другом.

Стволовые клетки самоорганизовались в структуры, которые прошли через последовательные стадии развития, пока у них не появились бьющиеся сердца и основы мозга, а также желточный мешок, где эмбрион развивается и получает питательные вещества в первые недели своего существования. В отличие от других синтетических эмбрионов, модели, разработанные в Кембридже, достигли точки, когда начал развиваться весь мозг, включая переднюю часть. Это еще один этап развития, который был достигнут в любой другой модели, полученной из стволовых клеток.

Команда говорит, что их результаты, результат более чем десятилетнего исследования, которое постепенно приводило к созданию все более и более сложных эмбрионоподобных структур и могут помочь исследователям понять, почему некоторые эмбрионы терпят неудачу, в то время как другие продолжают развиваться и всё это при условиях нормальной беременности.

«Наша модель эмбриона мыши развивает не только мозг, но и бьющееся сердце, а так же все компоненты, из которых состоит тело», — говорит Зерницка-Гетц, профессор кафедры развития млекопитающих и биологии стволовых клеток Кембриджского отделения физиологии, развития и неврологии. «Просто невероятно, что мы зашли так далеко. Это было мечтой нашего сообщества в течение многих лет и основным направлением нашей работы в течение десятилетия, и, наконец, мы это сделали».

Для успешного развития человеческого эмбриона необходим «диалог» между тканями, которые станут эмбрионом, и тканями, которые соединят эмбрион с матерью. В первую неделю после оплодотворения развиваются три типа стволовых клеток: одни в конечном итоге станут тканями организма, а два других поддерживают развитие эмбриона. Одним из этих внеэмбриональных типов стволовых клеток станет плацента, которая соединяет плод с матерью и обеспечивает кислородом и питательными веществами; а второй - желточный мешок, где растет эмбрион и откуда он получает питательные вещества на раннем этапе развития.

Многие беременности прерываются в тот момент, когда три типа стволовых клеток начинают посылать друг другу механические и химические сигналы, указывающие эмбриону, как правильно развиваться.

«Примерно в это время так много беременностей прерывается, прежде чем большинство женщин осознают, что они беременны», — сказала Зерницка-Гетц «Этот период является основой для всего остального, что следует за беременностью. Если что-то пойдет не так, беременность не удастся».

За последнее десятилетие группа профессора Зерницкой-Гетц в Кембридже изучала эти самые ранние стадии беременности, чтобы понять, почему одни беременности заканчиваются неудачей, а другие — успехом.

«Модель эмбриона со стволовыми клетками важна, потому что она дает нам доступ к развивающейся структуре на стадии, которая обычно скрыта от нас из-за имплантации крошечного эмбриона в матку матери», — сказал Зерницка-Гетц. «Эта доступность позволяет нам манипулировать генами, чтобы понять их роль в развитии в модельной экспериментальной системе».

«Этот период человеческой жизни настолько загадочен, что иметь возможность увидеть, как это происходит в чашке, получить доступ к этим отдельным стволовым клеткам, понять, почему так много беременностей терпит неудачу и как мы могли бы предотвратить это - это просто чудо», — сказала Зерницка-Гетц. «Мы посмотрели на диалог, который должен был происходить между различными типами стволовых клеток в то время — мы показали, как он происходит и как он может пойти не так».

В то время как текущее исследование проводилось на моделях мышей, исследователи разрабатывают аналогичные человеческие модели, которые потенциально могут быть направлены на создание конкретных типов органов, чтобы понять механизмы, лежащие в основе важнейших процессов, которые иначе было бы невозможно изучить на реальных эмбрионах. В настоящее время британское законодательство разрешает исследовать человеческие эмбрионы в лаборатории только до 14 -го дня развития.

Если методы, разработанные командой Зерницкой-Гетц, окажутся успешными в отношении стволовых клеток человека в будущем, их также можно будет использовать для разработки синтетических органов для пациентов, ожидающих трансплантации. «В мире так много людей, которые годами ждут пересадки органов», — сказала Зерницка-Гетц. «Что делает нашу работу такой захватывающей, так это то, что полученные в результате знания могут быть использованы для выращивания правильных синтетических человеческих органов для спасения жизней».