Впервые в мире ученые из BGI-Research, Китайской академии наук, и группа партнеров опубликовали исследование в журнале Nature, объявив об открытии не содержащего трансгенов, быстрого и контролируемого метода преобразования плюрипотентных стволовых клеток в настоящие 8-клеточные тотипотентные эмбрионоподобные клетки, способствующего дальнейшим успехам в области регенерации органов и синтетической биологии.

Исследователи BGI вместе с международной командой из Китая, Бангладеш и Великобритании использовали передовые технологии секвенирования одиночных клеток, чтобы помочь преобразовать плюрипотентные стволовые клетки, или "взрослую" версию ранних эмбриональных клеток, в более "ювенильную" версию клеток, которые фиксируют активацию человеческого зиготического генома и сохраняют всю родословную с потенциалом развития.

Эти клетки могут быть использованы в регенеративной медицине в будущем для регенерации человеческих органов, подверженных болезни, и уменьшения зависимости мира от донорства органов. Они также могут быть использованы для создания искусственных бластоцист или бластоидов. Кроме того, они будут полезны для изучения эмбрионального развития человека, помогая лечить заболевания, связанные с ранним развитием, а также предотвращать прерывание беременности.

В то время как технология преобразования плюрипотентных стволовых клеток в клетки, подобные внутренней клеточной массе внутри бластоцисты, существует уже некоторое время, в этом исследовании впервые разработали методы преобразования плюрипотентных стволовых клеток на более раннюю стадию цикла развития человека, которая соответствует 8-клеточному эмбриону, который поможет расширить понимание раннего эмбрионального развития человека. Важно отметить, что исследователи смогли затем продемонстрировать, что преобразованные клетки могут создавать клетки плаценты in vivo — это было сделано впервые.

"Тотипотентные эмбрионоподобные клетки 8-клеточной стадии воссоздают эмбриональное состояние оплодотворенной яйцеклетки всего после 3 делений. По сравнению с зарегистрированными плюрипотентными стволовыми клетками, эти клетки могут не только дифференцироваться в плацентарную ткань, но и потенциально развиваться в более зрелые органы, что является хорошей новостью для миллионов пациентов, нуждающихся в пересадке органов по всему миру", - сказали авторы статьи, профессор Miguel A. Esteban, доктор медицинских наук Abdul Mazid и доктор Li Wenjuan из Китайской академии наук.

"Этот прорыв также является прекрасным примером сочетания регенеративной медицины и технологии секвенирования отдельных клеток", - сказал доктор Liu Longqi из BGI-Research, еще один автор статьи. "Благодаря крупномасштабному многоклеточному профилированию, эффективная и точная идентификация клеток или тканей, полученных in vitro или in vivo с помощью технологий стволовых клеток, значительно ускорит исследования в области регенеративной медицины".

Клетки на этой ранней стадии развития можно описать как "тотипотентные", что означает, что они обладают потенциалом для создания всех типов ранних эмбриональных клеток, которые, в свою очередь, создают ткани и органы, необходимые для развития. Исследование основано на предыдущей работе с плюрипотентными стволовыми клетками на стадии бластоцисты, когда клетки обладают потенциалом для создания более ограниченного спектра различных клеток и тканей.

Прорыву в исследовании способствовали достижения в технологии секвенирования отдельных клеток, в которой BGI Group является мировым лидером. Их платформа секвенирования библиотеки одиночных клеток в сочетании с технологией секвенирования обеспечивают обширный и многомерный анализ одной клетки с высокой чувствительностью и точностью при низких затратах. 

Международная команда, проводившая исследование, взяла плюрипотентные стволовые клетки и обработала их химическим коктейлем, чтобы создать 8-клеточные эмбрионоподобные клетки. Среди других экспериментов эти клетки были отсортированы и введены мыши для дальнейшего развития, а затем проанализированы с помощью геномного анализа одиночных клеток BGI. Эта инновационная технология помогла ученым идентифицировать и изолировать целевые 8-клеточные эмбрионоподобные клетки и продемонстрировать их "тотипотентную" способность создавать клетки, участвующие в формировании плаценты in vivo.

Успехи, достигнутые исследователями, в конечном итоге могут сделать индивидуальную регенерацию органов реальностью. Как правило, единственным способом, доступным для тех, кто нуждается в трансплантации органов, является поиск подходящего донора. Эта процедура не является надежной. Трансплантация может закончиться неудачей, если серотип донора слишком отличается от серотипа реципиента. Отдельная процедура, предназначенная для адаптации органов животных для трансплантации людям путем редактирования генов, также находится в зачаточном состоянии.

Это достижение также предоставляет новую исследовательскую систему in vitro для фундаментальных исследований раннего эмбрионального развития, помогает нам понять взаимосвязь между ранним эмбриональным развитием и возникновением заболеваний, а также ресурс для изучения и лечения врожденных дефектов и различных заболеваний развития.

Оригинальная статья: Miguel Esteban, Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell embryo-like stage, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04625-0

Автор:  BGI Group

Перевод: Бутузова Дарья

Ссылка на материал: https://phys.org/news/2022-03-results-cells-advances-regeneration.html