Исследователи добились значительного прогресса в изучении раннего развития человека, успешно создав в лабораторных условиях хорду — ключевой структурный компонент позвоночника.
Эта модель, основанная на тщательно организованной последовательности химических сигналов, имитирует ранние стадии человеческого туловища, дополненные нервными и костными стволовыми клетками. Этот прорыв предлагает потенциальное понимание врожденных дефектов позвоночника и состояний межпозвоночных дисков, знаменуя новую эру в изучении нарушений развития человека.
Прорыв в исследованиях развития человека.
Ученые из Института Фрэнсиса Крика создали модели стволовых клеток человека, которые впервые включают хорду — ткань в развивающемся эмбрионе, которая направляет клетки в формировании позвоночника и нервной системы (туловища).
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature, знаменует собой значительный прогресс в понимании того, как формируется человеческое тело на ранних этапах развития.
Хорда, стержнеобразная ткань, служит критически важным структурным ориентиром в развивающемся организме. Это определяющая черта всех позвоночных, играющая ключевую роль в организации тканей по мере роста эмбриона.
Из-за своей сложности хорда отсутствовала в предыдущих лабораторных моделях развития туловища человека, что делает этот прорыв особенно важным для развития биологии развития.
- Расшифровка формирования хорды.
- Достижения в области лабораторных моделей человеческого туловища.
- Подробное прозрачное видео, демонстрирующее клетки хорды (красные) и связанные с ними молекулы паттернизации (голубые) внутри органоида туловища. Ядра клеток показаны серым цветом. Автор: Tiago Rito (YouTube)
Расшифровка формирования хорды.
В этом исследовании ученые сначала проанализировали куриные эмбрионы, чтобы понять, как именно естественным образом формируется хорда. Сравнивая это с существующей опубликованной информацией об эмбрионах мышей и обезьян, они установили время и последовательность молекулярных сигналов, необходимых для создания ткани хорды.
Используя эту схему, они создали точную последовательность химических сигналов и использовали ее, чтобы заставить человеческие стволовые клетки сформировать хорду.
Достижения в области лабораторных моделей человеческого туловища.
Стволовые клетки образовали миниатюрную «стволообразную» структуру, которая спонтанно удлинилась до 1-2 миллиметров в длину. Она содержала развивающуюся нервную ткань и костные стволовые клетки, расположенные по схеме, которая отражает развитие человеческих эмбрионов. Это говорит о том, что хорда поощряет клетки становиться нужным типом ткани в нужном месте в нужное время.
Ученые полагают, что эта работа может помочь в изучении врожденных дефектов, влияющих на позвоночник и спинной мозг. Она также может дать представление о состояниях, влияющих на межпозвоночные диски — амортизирующие подушки между позвонками, которые развиваются из хорды. Эти диски могут вызывать боли в спине, когда они дегенерируют с возрастом.
Подробное прозрачное видео, демонстрирующее клетки хорды (красные) и связанные с ними молекулы паттернизации (голубые) внутри органоида туловища. Ядра клеток показаны серым цветом. Автор: Tiago Rito (YouTube)
Значение для понимания человеческого развития.
Джеймс Бриско, руководитель группы Лаборатории динамики развития и старший автор исследования, сказал: «Хорда действует как GPS для развивающегося эмбриона, помогая установить главную ось тела и направляя формирование позвоночника и нервной системы. До сих пор было трудно создать эту жизненно важную ткань в лаборатории, что ограничивало наши возможности изучения развития человека и расстройств. Теперь, когда мы создали работающую модель, это открывает двери для изучения условий развития, о которых мы пребывали в неведении».
Тиаго Рито, научный сотрудник Лаборатории динамики развития и первый автор исследования, сказал: «Поиск точных химических сигналов для создания хорды был подобен поиску правильного рецепта. Предыдущие попытки вырастить хорду в лаборатории могли провалиться, потому что мы не понимали, в какое время необходимо добавлять ингредиенты.
«Особенно интересно то, что хорда в наших выращенных в лаборатории структурах, по-видимому, функционирует так же, как и в развивающемся эмбрионе. Она посылает химические сигналы, которые помогают организовать окружающие ткани, как это происходит во время типичного развития».
