Вчені вперше спостерігали імплантацію людського ембріона в реальному часі

Лише одна з трьох зачатків призводить до народження дитини. Приблизно третина ембріонів не може прикріпитися до матки, тоді як ще одна третина втрачається після імплантації ембріона.

«Людська репродукція досить неефективна, і ми можемо розглядати імплантацію як вузьке місце», — заявила Амелі Годо, біофізик з Інституту біоінженерії Каталонії.

До недавнього часу дослідники не мали належного способу вивчати цей процес у лабораторії. Нещодавно Годо та її команда розробили синтетичну платформу для моделювання розвитку людського ембріона під час імплантації та після неї. Їхня робота, опублікована в Science Advances, дозволила дослідникам вперше візуалізувати імплантацію людського ембріона в режиму реального часу. Цей прорив може одного дня допомогти вирішити проблеми, пов'язані з безпліддям та втратою вагітності.

Команда Годо розробила дві системи — одну двовимірну та іншу тривимірну — для імітації різних стадій імплантації ембріона. Щоб змоделювати позаклітинне середовище, з яким стикаються людські ембріони під час прикріплення до матки, обидві платформи складалися з колагену, який є в достатку в матці, та інших білків, критично важливих на ранніх стадіях розвитку. Дослідники переконалися, що імплантовані ембріони правильно розвиваються в їхніх синтетичних системах матки, забарвлюючи стандартні маркерні білки, такі як OCT4, GATA6 та CK7.

Використовуючи мікроскоп високої роздільної здатності, команда створила покадрові фільми, які показували взаємодію ембріона з синтетичною матрицею навколо нього. Дослідники також кількісно оцінили, як ембріон зміщує навколишню матрицю, фіксуючи біомеханічну динаміку цього контакту.

«Наша система дозволяє ембріону імплантуватися, і це дає нам можливість вивчати розвиток людського ембріона після стадії імплантації», — сказав Самуель Охоснегрос, біоінженер з Інституту біоінженерії Каталонії та старший автор роботи. Імплантація людського ембріона зазвичай відбувається приблизно через п'ять днів після запліднення, і, використовуючи свої платформи, дослідники могли спостерігати ембріональний розвиток протягом до шести днів після імплантації.

Команда Годо та Охоснегроса досліджувала як мишачі, так і людські ембріони на своїх платформах, щоб побачити, як порівнюється імплантація між цими двома організмами. Дослідники виявили, що як людські, так і мишачі ембріони чинять механічні сили через інтегрини, які є трансмембранними адгезивними білками, щоб закріпитися на матриці. Однак мишачі ембріони лише частково вторгаються в матрицю; після прикріплення вони утворюють вирости, які поширюються поверхнево на матриці. На відміну від цього, людські ембріони не утворюють вирости; вони повністю проникають у матрицю, яка зрештою огортає ембріони після того, як вони закріплюються.

Результати дослідження поглибили розуміння вченими обмежувального етапу людської репродукції. Завдяки надійним моделям імплантації людського ембріона дослідники можуть колись зрозуміти, чому цей процес так часто зазнає невдачі, і допомогти людям, які борються з безпліддям та викиднями. У майбутньому Годо, Охоснегрос та їхня команда хотіли б дізнатися, як різні параметри, такі як жорсткість позаклітинної матриці та глибина вторгнення ембріона, впливають на механіку імплантації.

Це дослідження відкриває нові можливості для розуміння однієї з найкритичніших стадій людської репродукції. Синтетичні платформи, розроблені каталонськими вченими, можуть стати основою для майбутніх досліджень у сфері репродуктивної медицини та допомогти мільйонам пар по всьому світу, які стикаються з проблемами зачаття та виношування дитини.