Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком

Теперь, когда мы построили эмбрионоподобную структуру из всех трех типов стволовых клеток (один отвечает за образование энтодермы, мезодермы и эктодермы, второй — за образование трофэктодермы, формирующей плаценту, и третий — за образование примитивной энтодермы, образующей желточный мешок), мы можем углубить наше понимание того, что запускает и направляет гаструляцию, которая начинается с водопада клеток, погружающихся из эпибласта в первичную полоску — бороздку, которая тянется от заднего конца туда, где в итоге будет голова, вдоль средней линии тела, разделяющей его на правую и левую стороны для сохранения симметрии и правильного развития эмбриона.

Тот слой, который глубже всех погрузится в полоску, станет энтодермой, а два следующих — мезодермой и эктодермой. Конкурирующие взаимодействия клеток и взаимные сигналы, ведущие к обособлению местоположения и судьбы клеток, демонстрируют то, как эпигенетическая модификация и поляризация клеток определяют развитие этих трех клеточных линий.

Несмотря на то что существует много сигнальных путей, отвечающих за межклеточную коммуникацию, мы можем попытаться понять, как именно взаимодействуют клетки, и создать прочные эмбриональные паттерны. Тем не менее мы достигли серьезного прогресса, когда, например, начали понимать, почему развитие человеческого и мышиного эмбрионов сильно различается, хотя фактически у них одинаковый набор генов [18]. С момента оплодотворения яйцеклетки до стадии бластоцисты человек и мышь развиваются по относительно сходным правилам, но после имплантации мышиный эмбрион приобретает форму цилиндра, а человеческий — форму диска. Их траектории развития расходятся из-за различий во взаимодействиях трех базовых типов клеток.

И здесь эмбрионы, созданные из стволовых клеток in vitro, предоставляют новые сведения. В отличие от эмбрионов, образующихся в результате слияния сперматозоида и яйцеклетки, модельные эмбрионы можно создавать в огромных количествах и подвергать генетическому редактированию для проведения высокопроизводительных генетических тестов и скрининга лекарственных препаратов [19]. Еще одним важным источником информации являются химеры, у которых человеческие клетки имплантированы в эмбрион другого биологического вида, что приводит к созданию новой оси [20]. Так с помощью «синтетической биологии» можно проверить, можем ли мы понять развитие в целом по отдельным его частям. Сегодня мы как никогда четко можем увидеть подробности танца жизни, при котором происходит кооперация и конкуренция клеток внутри самоорганизующегося эмбриона.

Этические аспекты использования моделей эмбрионов из стволовых клеток

Исследования по созданию эмбрионоподобных структур поднимают более широкие проблемы, которые знаменитый американский ученый Джордж Чёрч, ведущий специалист по синтетической биологии в Гарварде, разобрал в статье журнала eLife [21]. Интерес Чёрча и его коллег к «синтетическим человеческим существам с эмбрионоподобными чертами» начался с эксперимента, проведенного ими в 2011 году, когда они ввели человеческие стволовые клетки в мышиные эмбрионы, прикрепленные скаффолду[20] , применив то, что сами назвали инженерией эмбриональных тканей на основе скаффолдов. Для получения скаффолда из эмбрионов удалили клетки, оставив лишь межклеточный матрикс, и предполагалось, что сигнальные факторы побудят человеческие стволовые клетки превратиться во множество клеточных типов. Уже предпринимались попытки сделать таким образом сердце крысы [22]. В статье журнала eLife утверждалось, что подобные эксперименты «могут привести к созданию эмбрионоподобных существ, если ткани разовьются в достаточном количестве и установят между собой функциональные связи».

Как мы должны относиться ко всем этим существам, от эмбриоидов до эмбрионоподобных моделей, с учетом современных этических и правовых аспектов в разных юрисдикциях? Следует ли, с точки зрения закона, обращаться с модельными эмбрионами как с человеческими, сейчас или в будущем? Что, если получится сконструировать эмбрионоподобные модели, развивающиеся до более зрелого состояния? К ним нельзя применять четырнадцатидневный лимит, поскольку их время развития измеряется по другим часам. Как подчеркнули мои коллеги в комментарии к статье в Nature, существенным для решения этих вопросов является прозрачность и эффективное взаимодействие с общественностью [23].