Британские ученые разработали принципиально новый метод получения кроветворных клеток. Структуры, названные «гематоидами», самоорганизуются и начинают производить кровь примерно через две недели развития в лаборатории — точно так же, как это происходит в человеческих эмбрионах.
Модель человеческого эмбриона, выращенная в лаборатории, производит клетки крови
Исследователи из Кембриджского университета создали из человеческих стволовых клеток трехмерные эмбрионоподобные структуры, способные производить стволовые клетки крови. Новая технология открывает путь к персонализированной медицине и изучению болезней крови.
Команда наблюдала за появлением трехмерных эмбрионоподобных структур под микроскопом в лаборатории. Они начали вырабатывать кровь (красный цвет) примерно через две недели развития, имитируя процесс развития человеческих эмбрионов. Jitesh Neupane, University of Cambridge
Гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки — это незрелые клетки, способные превращаться в любой тип клеток крови. Красные кровяные тельца переносят кислород по всему организму, белые борются с инфекциями и обеспечивают иммунную защиту. У взрослого человека кроветворные стволовые клетки находятся в костном мозге и постоянно производят новые клетки крови — около двух миллионов каждую секунду. Трансплантация таких клеток используется для лечения лейкемии, лимфомы и других тяжелых заболеваний крови.
При этом гематоиды существенно отличаются от настоящих эмбрионов: в них отсутствуют многие эмбриональные ткани, желточный мешок и плацента, необходимые для дальнейшего развития, поэтому они не могут превратиться в полноценный эмбрион. Результаты опубликованы в журнале Cell Reports.
Главное преимущество технологии — естественность процесса. Существующие методы получения стволовых клеток крови требуют добавления коктейля белков для поддержки роста. Новый подход имитирует природное развитие: клетки сами создают необходимую среду, формируя одновременно клетки крови и бьющиеся клетки сердца.
Установка «искусственная матка». Эмбрионы выращиваются во вращающихся сосудах (розовые на снимке)
Кроветворный «орган»
«Это был волнующий момент, когда в чашке появился красный цвет крови — его было видно даже невооруженным глазом», — рассказал ведущий автор исследования доктор Джитеш Неупане из Института Гердона Кембриджского университета.
Наблюдения показали, что к восьмому дню развития в гематоидах формируются бьющиеся клетки сердца, а к тринадцатому появляются красные пятна крови. Ученые также продемонстрировали, что стволовые клетки крови в гематоидах могут дифференцироваться в различные типы клеток крови, включая специализированные иммунные клетки, такие как Т-клетки.
Команда наблюдала за появлением трехмерных гематоидов под микроскопом в лаборатории. Уже через несколько дней они самоорганизовались в три зародышевых слоя — эктодерму, мезодерму и эндодерму — основу плана человеческого тела, которая имеет решающее значение для формирования каждого органа и ткани, включая кровь.
Гематоиды воспроизводят стадию развития, соответствующую четвертой-пятой неделе человеческого эмбриона. Это критически важный период, который невозможно изучать напрямую, поскольку к этому времени эмбрион уже имплантирован в матку. Новая модель открывает возможности для изучения формирования крови, моделирования заболеваний, таких как лейкемия, и производства долговечных стволовых клеток для трансплантации. Поскольку исходные стволовые клетки можно создать из любой клетки организма, технология имеет большой потенциал для персонализированной медицины.