Стволовые клетки помогут понять причины неудач при ЭКО

Модели эмбрионов на основе стволовых клеток в процессе деления. Автор: Magdalena Zernicka-Goetz

Исследователи из Калифорнийского технологического института разработали новый мощный метод создания эмбрионоподобных структур из стволовых клеток, который может изменить подход к изучению фертильности.

Используя стволовые клетки вместо традиционной оплодотворённой яйцеклетки, команда создала модели эмбрионов мыши под названием iG4-бластоиды, которые тесно имитируют естественные бластоцисты — стадию развития, когда эмбрион имплантируется в матку.

Именно на стадии имплантации происходит большинство неудач беременностей, включая те, что получены в результате экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), и причины этого мало изучены. Новые модели позволят исследователям изучать воздействие факторов окружающей среды, таких как потребление кофеина, никотина, алкоголя и особенности диеты.

Исследование проводилось под руководством лаборатории Магдалены Зерницкой-Гёц, профессора биологии и биоинженерии в Калтехе, и описано в статье, опубликованной в журнале Developmental Cell.

«Эта модель может произвести революцию в исследованиях фертильности — поможет нам понять, почему одни беременности прерываются, а другие успешны, — говорит Зерницкая-Гёц. — Эти живые модели позволяют нам наблюдать в чашке Петри, как ранние эмбрионы самоорганизуются, и тестировать, как распространённые факторы среды — такие как кофеин, алкоголь, никотин и даже диеты с высоким или низким содержанием белка — влияют на этот процесс».

Автор: Developmental Cell (2025). DOI: 10.1016/j.devcel.2025.08.004

Команда обнаружила, что iG4-бластоиды реагируют на токсины и изменения питательных веществ так же, как и естественные эмбрионы. Например, кофеин и никотин на самых ранних стадиях беременности сокращали количество клеток и нарушали развитие, в то время как изменение доступности аминокислот имитировало влияние диет с высоким или низким содержанием белка на рост эмбриона.

Команда создала iG4-бластоиды из трёх типов стволовых клеток, включая одну, модифицированную для экспрессии ключевого гена развития (GATA4). Экспрессия GATA4 стала ключевым прорывом, в то время как другие попытки создания бластоидов из стволовых клеток проваливались.

Важно, что метод приводит к правильному развитию бластоидов в 80% случаев. Такая высокая эффективность позволяет исследователям производить тысячи моделей и проводить масштабные эксперименты; например, скрининг воздействия кофеина в определённые дни развития или изучение эффектов разных концентраций в разное время.

Хотя эта работа была выполнена на мышах, модели значительно улучшат исследования основных биологических процессов, лежащих в основе репродукции, таких как факторы, препятствующие имплантации генетически здоровых эмбрионов — критического этапа развития — и механизмы, объясняющие, почему определённые факторы окружающей среды могут тормозить прогресс.

«Этот метод меняет правила игры, — говорит Серхи Хуньент, научный сотрудник Калтеха и соавтор новой статьи. — Применённый к людям, он может помочь нам понять, почему одни эмбрионы развиваются успешно, а другие нет, и как оптимизировать условия для зачатия — естественного или вспомогательного».

Хотя iG4-бластоиды пока не могут развиваться значительно дальше стадий имплантации, исследователи подчёркивают, что их высокая точность соответствия естественным эмбрионам делает их беспрецедентной моделью. Текущая работа направлена на дальнейшее совершенствование моделей и изучение их применения в исследованиях человеческой фертильности в безопасных, этичных и регулируемых рамках.

Больше информации: Victoria Jorgensen et al, Efficient stem cell-derived mouse embryo models for environmental studies, Developmental Cell (2025). DOI: 10.1016/j.devcel.2025.08.004

Источник: California Institute of Technology