Ученые из Кембриджского университета разработали метод получения человеческих клеток крови в лаборатории, имитирующий процесс, происходящий в ранних эмбрионах. Новый подход может помочь моделировать заболевания крови, такие как лейкемия, а также производить долгоживущие стволовые клетки крови для трансплантаций. Результаты исследования опубликованы сегодня в журнале Cell Reports.
Появление первой крови в лаборатории
«Это был волнующий момент, когда в чашке появился кроваво-красный цвет — его было видно даже невооруженным глазом», — рассказывает доктор Джитеш Неупане, ведущий автор исследования.
Команда использовала стволовые клетки человека для создания трехмерных эмбрионоподобных структур, названных «гематоидами». Эти самоорганизующиеся структуры начинают вырабатывать кровь примерно через две недели, повторяя естественный процесс развития человека. При этом гематоиды отличаются от настоящих эмбрионов: у них отсутствуют некоторые ткани, желточный мешок и плацента, необходимые для полноценного роста.
Как формируются клетки крови
Стволовые клетки крови, или гемопоэтические стволовые клетки, способны превращаться во все типы кровяных клеток — от эритроцитов до лейкоцитов. В лабораторных условиях гематоиды создают эти клетки сами, без сложного коктейля белков, который требовался в старых методах. По сути, исследователи воспроизвели естественную «мини-экосистему», где клетки поддерживают друг друга и развиваются по собственной программе, как в эмбрионе.
К восьмому дню внутри гематоидов формируются бьющиеся клетки сердца, а к тринадцатому дню появляются первые красные пятна крови. Ученые показали, что клетки крови могут дифференцироваться в различные типы, включая специализированные иммунные клетки, такие как Т-клетки.
«Наша новая модель проливает свет на то, как клетки крови формируются в процессе эмбриогенеза человека», — добавляет Неупане.
Она также открывает возможности для скрининга лекарств и моделирования заболеваний крови.
Перспективы для медицины
Стволовые клетки, используемые для создания гематоидов, можно получить из любой клетки организма пациента. Это дает потенциал для персонализированной медицины: кровь, выведенная в лаборатории, будет полностью совместима с человеком, которому она предназначена.
Профессор Азим Сурани, ведущий автор статьи, отмечает:
«Хотя это пока ранние этапы, возможность получать клетки крови в лаборатории — значительный шаг к будущим регенеративным методам лечения, использующим собственные клетки пациента для восстановления поврежденных тканей».
Доктор Джеральдин Джоуэтт добавляет, что гематоиды захватывают вторую волну развития крови, создавая адаптивные иммунные клетки, что важно для изучения как нормального, так и патологического развития крови.
Самоорганизация и ранние этапы развития
Гематоиды самоорганизуются в три зародышевых слоя: эктодерму, мезодерму и энтодерму, которые формируют основу человеческого тела. Это позволяет изучать развитие органов и системы крови на этапе, соответствующем примерно четвертой-пятой неделе эмбриона, когда наблюдать процесс непосредственно невозможно из-за имплантации эмбриона в матку.
«Эта модель предлагает эффективный способ изучения раннего развития крови человека», — подчеркивает Сурани.
Этика и контроль
Исследование прошло все необходимые этические проверки. Модели, основанные на стволовых клетках, строго регулируются, и эксперименты требуют одобрения соответствующих комитетов.
Ученые запатентовали работу через Cambridge Enterprise, чтобы метод мог найти практическое применение в медицине. Сейчас команда изучает возможности моделирования различных заболеваний крови и использования гематоидов для тестирования лекарственных препаратов, а также разрабатывает персонализированные подходы к лечению пациентов.
Искусственные нейроны впервые способны напрямую взаимодействовать с живыми
Разработан способ выращивать «курьеров» для доставки лекарств прямо в клетки
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram