Вчені відкрили, як затримати ріст людського ембріона

Дослідники виявили потенційну «кнопку паузи» на ранніх стадіях розвитку людини. Тривалий час дискутували про те, чи можуть люди контролювати час свого розвитку. Це нове дослідження показує, що люди можуть зберігати здатність до діапаузи в стані спокою, незважаючи на те, що не використовують її під час вагітності. Отримані дані мають глибоке значення для нашого розуміння раннього життя людини та можуть покращити репродуктивні технології, такі як ЕКЗ.

Ембріональна діапауза

У деяких ссавців зазвичай безперервний час ембріонального розвитку можна змінити, щоб підвищити шанси на виживання як ембріона, так і матері. Це тимчасове уповільнення розвитку, відоме як ембріональна діапауза, зазвичай відбувається на стадії бластоцисти, безпосередньо перед тим, як ембріон прикріпиться до стінки матки. Під час цієї паузи ембріон залишається у вільному плаванні, подовжуючи вагітність.

Цей стан спокою може зберігатися тижнями або місяцями, перш ніж розвиток відновиться, коли умови сприятливі. Хоча не всі ссавці використовують цю репродуктивну стратегію, здатність призупиняти розвиток можна запустити експериментально. Питання, чи можуть клітини людини реагувати на тригери діапаузи, залишалося відкритим.

Тепер дослідження, проведене лабораторіями Ніколаса Ріврона з Інституту молекулярної біотехнології (IMBA) Австрійської академії наук у Відні, грантоотримувача ERC, і Айдана Булут-Карсліоглу з Інституту молекулярної генетики Макса Планка в Берліні виявило що молекулярні механізми, які контролюють діапаузу ембріона, також, здається, діють у клітинах людини. Їхні результати були опубліковані 26 вересня в журналі Cell.

Моделі діапаузи людини на основі стовбурових клітин

У своєму дослідженні вчені не проводили експерименти на людських ембріонах, а замість цього використовували людські стовбурові клітини та моделі бластоцист на основі стовбурових клітин, які називаються бластоїдами. Ці бластоїди є науковою та етичною альтернативою використанню ембріонів для досліджень. Дослідники виявили, що модуляція специфічного молекулярного каскаду, сигнального шляху mTOR, у цих моделях стовбурових клітин викликає стан спокою, надзвичайно схожий на діапаузу.

«Шлях mTOR є головним регулятором прогресування росту та розвитку мишачих ембріонів», — каже Айдан Булут-Карсліоглу. «Коли ми обробляли людські стовбурові клітини та бластоїди інгібітором mTOR, ми спостерігали затримку розвитку, що означає, що клітини людини можуть розгортати молекулярний механізм, щоб викликати відповідь, подібну до діапаузи».

Цей стан спокою характеризується уповільненим поділом клітин, уповільненням розвитку та зниженням здатності прикріплюватися до слизової оболонки матки. Важливо, що здатність увійти в цю стадію спокою, здається, обмежена коротким періодом розвитку.

«Час розвитку бластоїдів можна розтягнути навколо стадії бластоцисти, яка є саме тією стадією, на якій діє діапауза у більшості ссавців», — каже один з авторів дослідження Дханур П. Ієр. Крім того, цей стан спокою є оборотним, і бластоїди відновлюють нормальний розвиток, коли шлях mTOR повторно активується.

Наслідки для репродуктивної медицини

Автори дійшли висновку, що люди, як і інші ссавці, можуть мати внутрішній механізм тимчасового уповільнення свого розвитку, навіть якщо цей механізм не може використовуватися під час вагітності. «Цей потенціал може бути залишком еволюційного процесу, який ми більше не використовуємо», — каже Ніколас Ріврон. «Хоча ми втратили здатність природним чином входити в стан спокою, ці експерименти показують, що ми, з усім тим, зберегли цю внутрішню здатність і зрештою могли б її вивільнити».

Для фундаментальних досліджень виникає питання про те, чи клітини людини та інших ссавців переходять у стан спокою подібними або альтернативними шляхами і використовують його для тих самих цілей, наприклад, або призупиняючи, або визначаючи час свого розвитку та імплантації.

Відкриття команди можуть мати наслідки для репродуктивної медицини: «З одного боку, швидший розвиток, як відомо, підвищує рівень успішності екстракорпорального запліднення (ЕКЗ), і підвищення активності mTOR може досягти цього», — пояснює Ніколас Ріврон. «З іншого боку, запуск стану спокою під час процедури ЕКЗ може забезпечити ширше часове вікно для оцінки здоров’я ембріона та його синхронізації з матір’ю для кращої імплантації всередині матки».

Розкриття потенціалу репродуктивного здоров’я

Загалом, нові відкриття дають непередбачене розуміння процесів, що керують нашим раннім розвитком, що може відкрити нові шляхи для покращення репродуктивного здоров’я.

«Це захоплююче співробітництво є свідченням того, як складні біологічні питання можна вирішувати, об’єднавши відповідний досвід», — каже Гейдар Гейдарі Хоей, докторант лабораторії Ніколаса Ріврона та один з авторів дослідження.

«Я вважаю, що ця робота не тільки підкреслює важливість співпраці в розвитку науки, але й відкриває додаткові можливості для розуміння того, як різні сигнали сприймаються клітинами, коли вони готуються до свого розвитку».