Бластоциста — это структура, формирующаяся на раннем этапе эмбрионального развития млекопитающих . Она имеет внутреннюю клеточную массу (ВКМ), также известную как эмбриобласт , который впоследствии формирует эмбрион , и внешний слой клеток трофобласта, называемый трофэктодермой . [1] [2] Этот слой окружает внутреннюю клеточную массу и заполненную жидкостью полость или просвет, известный как бластоцель . [ 3] В поздней бластоцисте трофэктодерма известна как трофобласт . [2] Трофобласт дает начало хориону и амниону , двум плодным оболочкам , которые окружают эмбрион. Плацента происходит из эмбрионального хориона (часть хориона, которая развивает ворсинки ) и подлежащей ткани матки матери. [4] [5] Соответствующая структура у животных, не относящихся к млекопитающим, представляет собой недифференцированный клубок клеток, называемый бластулой .
У людей формирование бластоцисты начинается примерно через пять дней после оплодотворения , когда в моруле , ранней эмбриональной стадии шара из 16 клеток , открывается заполненная жидкостью полость . Бластоциста имеет диаметр около 0,1–0,2 мм и состоит из 100–200 клеток после 7–8 раундов дробления (деление клеток без роста клеток). Примерно через семь дней после оплодотворения [6] бластоциста подвергается имплантации , внедряясь в эндометрий стенки матки , где она будет проходить дальнейшие процессы развития, включая гаструляцию . Внедрение бластоцисты в эндометрий требует, чтобы она вылупилась из zona pellucida , оболочки яйца, которая предотвращает прилипание к фаллопиевой трубе , когда преэмбрион продвигается к матке.
Использование бластоцист в экстракорпоральном оплодотворении (ЭКО) подразумевает культивирование оплодотворенной яйцеклетки в течение пяти дней перед ее переносом в матку. Это может быть более жизнеспособным методом лечения бесплодия , чем традиционное ЭКО. Внутренняя клеточная масса бластоцист является источником эмбриональных стволовых клеток , которые широко применяются в терапии стволовыми клетками, включая восстановление, замену и регенерацию клеток. Вспомогательный зонный хэтчинг также может использоваться в ЭКО и других методах лечения бесплодия.
Название «бластоциста» происходит от греческого βλαστός blastós («росток») и κύστις kýstis («мочевой пузырь, капсула»).
Стадия бластоцисты наступает через 5–9 дней после зачатия. Во время эмбрионального развития , после оплодотворения (примерно через 5–6 дней у человека), клетки морулы начинают подвергаться клеточной дифференциации , и морула превращается в бластоцисту, перекачивая жидкость для образования просвета . В матке zona pellucida, окружающая бластоцисту, разрушается, что позволяет ей имплантироваться в стенку матки. Имплантация знаменует собой конец зародышевой стадии эмбриогенеза и начало беременности . [ необходима медицинская цитата ]
Зигота проходит несколько раундов митоза . После 3-го деления дробления эмбрион начинает процесс уплотнения, который у человека завершается только тогда, когда эмбрион состоит из 8-16 клеток, [ 7] [8] затем становится известным как морула . Уплотнение является результатом повышенной сократимости актомиозинового кортекса , который стягивает клетки в более плотную конфигурацию. [9] [10] Повышенная сократимость во время уплотнения наблюдается как у мышиных, так и у человеческих эмбрионов, [11] [12], но она сильнее у людей, что может способствовать его фрагментации . [13] До этой стадии развития клетки ( бластомеры ) не были отнесены к какой-либо конкретной клеточной линии, но при достижении 16-клеточной стадии клетки на поверхности эмбриона начинают дифференцироваться в трофэктодерму, в то время как клетки с внутренним положением инициируют свою дифференциацию в судьбу внутренней клеточной массы . [14] Затем морула развивается путем кавитации , чтобы стать бластоцистой или у многих других животных бластулой. Затем клеточная дифференциация далее разделяет клетки морулы на два типа: клетки трофэктодермы , которые окружают просвет , и внутреннюю массу клеток (эмбриобласт). Внутренняя клеточная масса является источником эмбриональных стволовых клеток . [15] Затем концептус известен как бластоциста. [16]
До того, как происходит клеточная дифференциация, существуют два фактора транскрипции , Oct-4 и nanog , которые равномерно экспрессируются во всех клетках, но оба этих фактора транскрипции отключаются в трофобласте после его формирования. [17] Внешние клетки трофэктодермы перекачивают ионы натрия в бластоцисту, что приводит к поступлению воды через осмос . Накопление воды между контактами между клетками разрывает их посредством гидравлического разрыва . [18] Затем жидкость собирается в один просвет в процессе, похожем на созревание Оствальда , чтобы сформировать бластоцель , который определяет первую ось симметрии эмбриона млекопитающих. [19] Сторона бластоцисты, где формируется внутренняя клеточная масса, называется эмбриональным полюсом, а противоположная сторона — внеэмбриональным полюсом. Бластоцель , трофэктодерма и внутренняя клеточная масса являются отличительными признаками бластоцисты. [20]
Имплантация имеет решающее значение для выживания и развития раннего человеческого эмбриона. Она устанавливает связь между матерью и ранним эмбрионом, которая будет продолжаться в течение оставшейся части беременности. Имплантация становится возможной благодаря структурным изменениям как в бластоцисте, так и в стенке эндометрия. [21] Zona pellucida, окружающая бластоцисту, разрушается, что называется вылуплением . Это снимает ограничение на физический размер эмбриональной массы и обнажает внешние клетки бластоцисты во внутренней части матки. Кроме того, гормональные изменения у матери, в частности пик лютеинизирующего гормона (ЛГ), подготавливают эндометрий к приему и окутыванию бластоцисты. Иммунная система также модулируется, чтобы обеспечить вторжение чужеродных эмбриональных клеток. После связывания с внеклеточным матриксом эндометрия клетки трофобласта секретируют ферменты и другие факторы для внедрения бластоцисты в стенку матки. Высвобождаемые ферменты разрушают эндометриальную оболочку, в то время как аутокринные факторы роста, такие как хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) и инсулиноподобный фактор роста (ИФР), позволяют бластоцисте глубже проникать в эндометрий. [22]
Имплантация в стенку матки обеспечивает следующий этап эмбриогенеза — гаструляцию , которая включает формирование плаценты из трофобластических клеток и дифференциацию внутренней клеточной массы в амниотический мешок и эпибласт .
Существует два типа клеток бластомеров: [23]
Жидкостная полость бластоцеля содержит аминокислоты , факторы роста и другие молекулы, необходимые для клеточной дифференциации . [27]
Множественные процессы контролируют спецификацию клеточной линии в бластоцисте для производства трофобласта, эпибласта и примитивной энтодермы. Эти процессы включают экспрессию генов, клеточную сигнализацию, межклеточные контакты и позиционные отношения, а также эпигенетику .
После того, как внутренняя клеточная масса установлена внутри бластоцисты, она готовится к дальнейшей спецификации в эпибласт и примитивную энтодерму. Этот процесс спецификации, известный как определение судьбы клетки , частично осуществляется сигнализацией фактора роста фибробластов (FGF), который генерирует путь киназы MAP для изменения клеточных геномов. [28] Дальнейшая сегрегация бластомеров в трофэктодерму и внутреннюю клеточную массу регулируется гомеодоменным белком Cdx2 . Этот фактор транскрипции подавляет экспрессию факторов транскрипции Oct4 и Nanog в трофобласте . [29] Эти геномные изменения позволяют осуществлять прогрессивную спецификацию как эпибласта, так и примитивной энтодермы в конце фазы развития бластоцисты, предшествующей гаструляции. Большая часть исследований, проведенных на этих ранних эмбриональных стадиях, проводится на эмбрионах мышей, и конкретные факторы могут различаться у разных млекопитающих.
Во время имплантации трофобласт дает начало внеэмбриональным мембранам и типам клеток , которые в конечном итоге сформируют большую часть плодной плаценты, специализированного органа, через который эмбрион получает материнское питание, необходимое для последующего экспоненциального роста. [30] Спецификация трофобласта контролируется комбинацией морфологических сигналов, возникающих из полярности клеток с дифференциальной активностью сигнальных путей, таких как Hippo и Notch, и ограничением внешних клеток спецификаторов линии, таких как CDX2. [31]
У мышей первичные зародышевые клетки определяются из клеток эпибласта , процесс, который сопровождается обширным эпигенетическим перепрограммированием по всему геному . [32] Перепрограммирование включает глобальное деметилирование ДНК и реорганизацию хроматина , что приводит к клеточной тотипотентности . [32] Процесс деметилирования по всему геному включает путь репарации эксцизионных оснований ДНК . [33]
Трофобласты экспрессируют интегрин на своих клеточных поверхностях, что позволяет им прикрепляться к внеклеточному матриксу стенки матки. Это взаимодействие позволяет имплантироваться и запускает дальнейшую спецификацию в три различных типа клеток, подготавливая бластоцисту к гаструляции. [34]
Уровень хорионического гонадотропина человека (ХГЧ), секретируемого бластоцистой во время имплантации, является фактором, измеряемым в тесте на беременность . ХГЧ можно измерить как в крови, так и в моче, чтобы определить, беременна ли женщина. Больше ХГЧ секретируется при многоплодной беременности. Анализы крови на ХГЧ также могут использоваться для проверки на аномальные беременности.
Экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) является альтернативой традиционному оплодотворению in vivo для оплодотворения яйцеклетки спермой и имплантации этого эмбриона в матку женщины. В течение многих лет эмбрион вводился в матку через два-три дня после оплодотворения. Однако на этой стадии развития очень сложно предсказать, какие эмбрионы будут развиваться лучше всего, и обычно имплантировались несколько эмбрионов. Несколько имплантированных эмбрионов увеличивали вероятность развития плода, но также приводили к развитию нескольких плодов. Это было серьезной проблемой и недостатком использования эмбрионов в ЭКО.
Использование бластоцист для ЭКО у человека оказалось успешным. Бластоциста имплантируется через пять-шесть дней после оплодотворения яйцеклеток. [35] Через пять или шесть дней гораздо легче определить, какие эмбрионы приведут к здоровому живорождению. Знание того, какие эмбрионы будут успешными, позволяет имплантировать только одну бластоцисту, что значительно сокращает риск для здоровья и расходы на многоплодные роды. Теперь, когда определены потребности в питательных веществах для развития эмбриона и бластоцисты, гораздо легче давать эмбрионам правильные питательные вещества, чтобы поддерживать их в фазе бластоцисты.
Перенос эмбрионов после экстракорпорального оплодотворения — это процедура, при которой катетер вводится во влагалище, направляется через шейку матки с помощью ультразвука в полость матки, где бластоцисты помещаются в матку.
Бластоцисты также имеют преимущество, поскольку их можно использовать для генетического тестирования клеток с целью выявления генетических проблем. В бластоцисте достаточно клеток, поэтому можно удалить несколько клеток трофэктодермы, не нарушая развивающуюся бластоцисту. Эти клетки можно проверить на анеуплоидию хромосом с помощью предимплантационного генетического скрининга (ПГС) или на наличие специфических состояний, таких как кистозный фиброз , часто известный как предимплантационная генетическая диагностика (ПГД). [36]
При процедуре переноса эмбриона после первичного ультразвукового исследования стенки влагалища раскрываются с помощью зеркала , а с помощью катетера эмбрион вводится через трубку для помещения в матку .
В данной статье использован текст, находящийся в открытом доступе, из 20-го издания «Анатомии Грея» (1918 г.)
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )