Вот как выглядит беременность внутри микрофлюидного чипа.
На первый взгляд, это похоже на начало человеческой беременности: шаровидный эмбрион мягко прижимается к восприимчивой слизистой оболочке матки, а затем крепко вцепляется, проникая внутрь, по мере того как появляются первые отростки будущей плаценты.
Это имплантация — момент, когда беременность официально начинается.
Однако ничего из этого не происходит внутри человеческого тела. Эти изображения были получены в лаборатории в Пекине, внутри микрофлюидного чипа, в то время как ученые наблюдали за происходящим.
В трех статьях, опубликованных на этой неделе издательством Cell Press, ученые сообщают о том, что, по их словам, они предприняли самые точные на сегодняшний день попытки имитировать первые мгновения беременности в лабораторных условиях. Они взяли человеческие эмбрионы из центров ЭКО и позволили им слиться с «органоидами», созданными из клеток эндометрия, которые образуют слизистую оболочку матки.
В этих отчетах — два из Китая и третий, представляющий собой результат сотрудничества исследователей из Великобритании, Испании и США — показано, как ученые используют искусственно созданные ткани для лучшего понимания ранней стадии беременности и потенциального улучшения результатов ЭКО.
«У вас есть эмбрион и органоид эндометрия вместе», — говорит Цзюнь Ву, биолог из Медицинского центра Юго-Западного Техасского университета в Далласе, который участвовал в подготовке обоих китайских отчетов. «Это главный посыл всех трех статей».
Согласно опубликованным статьям, эти 3D-модели представляют собой наиболее полное воссоздание первых дней беременности и должны быть полезны для изучения причин частых неудач процедур ЭКО.
В каждом случае эксперименты прекращались, когда эмбрионам исполнялось две недели, а то и раньше. Это связано с правовыми и этическими нормами, которые обычно запрещают ученым проводить эксперименты дольше 14 дней.
В стандартной процедуре ЭКО яйцеклетка оплодотворяется в лаборатории и развивается в сферический эмбрион, называемый бластоцистой — этот процесс занимает несколько дней. Затем бластоцисту помещают в матку пациентки в надежде, что она там приживется и в конечном итоге станет ребенком.
Но это распространенная причина неудач. Многие пациентки узнают, что их процедура ЭКО не удалась, потому что эмбрион так и не прикрепился.
В новых отчетах описывается именно та первоначальная связь между матерью и эмбрионом, которая воспроизводится в лабораторных условиях. «ЭКО означает экстракорпоральное оплодотворение, но теперь это стадия имплантации in vitro», — говорит Маттео Моле, биолог из Стэнфордского университета, чьи результаты, полученные в сотрудничестве с коллегами из Европы, входят в число опубликованных сегодня. «Учитывая, что имплантация является препятствием [для наступления беременности], у нас есть потенциал для повышения вероятности успеха, если мы сможем смоделировать этот процесс в лаборатории».
Как правило, имплантация полностью скрыта от глаз, поскольку происходит в матке, говорит Хунмэй Ван, биолог-эмбриолог из Пекинского института стволовых клеток и регенеративной медицины, которая руководила этим исследованием. Ван часто изучает обезьян, поскольку может прерывать их беременность, чтобы собрать необходимые для исследования ткани. «Мы всегда надеялись понять процесс имплантации человеческого эмбриона, но нам не хватало способа это сделать», — говорит она. «Всё происходит в матке».
Связанная статья
В пекинском исследовании ученые протестировали около 50 донорских эмбрионов, полученных методом ЭКО, но также провели еще тысячу экспериментов с использованием так называемых «бластоидов». Последние имитируют эмбрионы человека на ранних стадиях развития, созданные из стволовых клеток. Бластоиды легко получить в больших количествах, и, поскольку они не являются настоящими эмбрионами, к их использованию предъявляется меньше этических норм.
«Вопрос заключался в том, что если у нас есть эти бластоиды, для чего мы можем их использовать?» — говорит Лецянь Ю, ведущий автор отчета из Пекинского института. «Очевидным следующим шагом была имплантация. Так как же это сделать?»
Для пекинской команды решением стало создание мягкой силиконовой камеры с крошечными каналами для добавления питательных веществ и пространством для выращивания маточного органоида. После этого через окошко в устройстве можно было вводить бластоидные клетки — или настоящие эмбрионы, — чтобы начать «беременность».
«Главный вопрос, на который мы хотим попытаться ответить, — это каково первое взаимодействие между эмбрионом и матерью», — говорит Ю. «Я думаю, что, возможно, это первый раз, когда мы можем увидеть весь этот процесс».
Медицинские приложения
Это не первый случай, когда исследователи пытаются использовать органоиды для подобных исследований. По меньшей мере две стартап-компании привлекли средства для коммерциализации аналогичных систем, в некоторых случаях представляя органоиды как инструмент для прогнозирования успеха ЭКО. Помимо стартапа Dawn Bio из Вены, есть компания Simbryo Technologies из Хьюстона, которая в прошлом месяце заявила о начале предоставления «персонализированных» прогнозов для пациенток, проходящих ЭКО, с использованием бластоидов и эндометриальных органоидов.
Связанная статья
Удивительные модели эмбрионов Джейкоба Ханны. Читайте далее.
Для проведения этого теста врачи берут биопсию слизистой оболочки матки пациентки и выращивают из нее органоиды. После этого к органоидам добавляют бластоиды, чтобы оценить вероятность того, что женщина сможет выносить беременность. Если бластоиды не начинают имплантироваться, это может означать, что матка пациентки невосприимчива к зачатию, и именно поэтому ЭКО не работает.
Команда из Пекина считает, что органоиды, полученные в результате исследования беременности, также могут быть использованы для выявления лекарств, которые могли бы помочь таким пациенткам. В своей статье они описывают, как создали органоиды из тканей, взятых у женщин, у которых были неоднократные неудачные попытки ЭКО. Затем они протестировали 1119 одобренных препаратов на этих образцах, чтобы посмотреть, есть ли какие-либо улучшения.
Некоторые из них, по-видимому, оказывали благоприятное воздействие. Одно из химических веществ, авобензон, входящий в состав некоторых солнцезащитных кремов, увеличило вероятность начала имплантации бластоидного эмбриона с 5% до примерно 25%. Ю говорит, что его центр надеется в конечном итоге начать клинические испытания, если им удастся найти подходящий препарат.
Искусственная матка?
Группа исследователей из Пекина работает над усовершенствованием системы органоидов, чтобы сделать её ещё более реалистичной. В настоящее время ей не хватает важных типов клеток, включая иммунные клетки и кровоснабжение. Ю говорит, что следующим шагом в его работе станет добавление кровеносных сосудов и крошечных насосов к его чипу, чтобы обеспечить органоидам своего рода элементарное кровообращение.
Это означает, что в ближайшем будущем бластоиды или эмбрионы, вероятно, можно будет выращивать длиннее, что поднимает вопросы о том, насколько далеко ученые смогут продвинуться в развитии беременности в лабораторных условиях. «Я думаю, что эта технология действительно повышает вероятность выращивания более длинных эмбрионов», — говорит Ву, отмечая, что некоторые рассматривают это исследование как первый шаг к созданию детей полностью вне организма.
Однако, по словам Ву, вынашивание ребенка до полного срока в лабораторных условиях пока остается невозможным. «Эта технология, безусловно, связана с эктогенезом, или развитием вне организма, — говорит он. — Но я не думаю, что она хоть сколько-нибудь приближается к искусственной матке. Это все еще научная фантастика».
Источник: www.technologyreview.com
