Гаструляция происходит в период с 14-го по 21-й день после оплодотворения и считается одним из важнейших этапов раннего развития человека. Именно тогда эмбрион превращается из плоского диска в трёхмерную структуру с базовой архитектурой будущего организма. Однако международные нормы запрещают культивировать целые человеческие эмбрионы дольше 14 дней. Из-за недостатка данных учёные называют гаструляцию «чёрным ящиком» эмбриологии.

Прежние лабораторные модели эмбрионов могли воспроизводить лишь отдельные типы клеток, но не формировали первичную полоску — структуру, которая запускает гаструляцию. Из-за этого клеточная организация оставалась хаотичной, из-за чего ее было сложно изучать. Чтобы решить эту проблему, ученые использовали биоинженерный подход и высокоточные карты распределения клеток и сигналов в раннем эмбрионе. На их основе было создано устройство, которое позволяет размещать клетки в строго заданных позициях, как у естественного эмбриона.

Полученные модели, названные «дисковыми гаструлоидами», смогли запустить процесс гаструляции и сформировать структуры, аналогичные первичной полоске. Это привело к координированному движению клеток, повторяющему ключевые этапы раннего развития.

В ходе экспериментов более 80% моделей воспроизвели основные процессы эмбриогенеза. За семь дней у них сформировались нервная трубка, зачатки кишечника с предшественниками легких, печени и поджелудочной железы, а также сердечная структура, способная к ритмическим сокращениям. Анализ показал, что клеточный состав близок к эмбриону возрастом около 21 дня.

Исследователи работают со сложными органоидами, а не с полноценными организмами, поэтому этические ограничения здесь гораздо мягче. Технология может позволить массово выращивать клетки-предшественники органов в лаборатории, а в будущем — создавать ткани и органы для пересадки. Спрос на такие решения огромен: сегодня лишь каждый десятый пациент получает трансплантат.