Дослідники досягли значного прогресу у вивченні раннього розвитку людини, успішно створивши вирощену в лабораторії нотохорду, ключовий структурний компонент у хребетних. Ця модель, заснована на ретельно організованій послідовності хімічних сигналів, імітує ранні стадії людського стовбура разом із нервовими та кістковими стовбуровими клітинами. Цей прорив пропонує потенційне розуміння вроджених вад хребта та стану міжхребцевих дисків, знаменуючи нову еру для вивчення розладів розвитку людини.
Прорив у дослідженні людського розвитку
Вчені з Інституту Френсіса Кріка створили моделі людських стовбурових клітин, які вперше включають хорду — тканину ембріона, що розвивається, яка направляє клітини у формуванні хребта та нервової системи (хобот). Дослідження, опубліковане сьогодні (18 грудня) у Nature, знаменує значний прогрес у розумінні того, як формується людське тіло на ранніх етапах розвитку.
Хорда, паличкоподібна тканина, служить важливим структурним орієнтиром в організмі, що розвивається. Це визначальна особливість усіх хребетних і відіграє ключову роль в організації тканин під час росту ембріона. Через свою складність хорда помітно була відсутня в попередніх лабораторних моделях розвитку тулуба людини, що робить цей прорив особливо важливим для розвитку біології розвитку.
Розшифровка формування нотохорди
У цьому дослідженні вчені вперше проаналізували курячі ембріони, щоб зрозуміти, як саме формується хорда природним шляхом. Порівнюючи це з існуючою опублікованою інформацією про ембріони миші та мавпи, вони встановили час і послідовність молекулярних сигналів, необхідних для створення тканини хорди. За допомогою цього плану вони створили точну послідовність хімічних сигналів і використали її, щоб спонукати стовбурові клітини людини сформувати хорду.
Удосконалення моделей тулуба людини, вирощених у лабораторії
Стовбурові клітини утворили мініатюрну структуру, схожу на стовбур, яка спонтанно подовжилася до 1-2 міліметрів у довжину. Він містив стовбурові клітини нервової тканини та кістки, розташовані за схемою, яка відображає розвиток людських ембріонів. Це свідчить про те, що хорда заохочує клітини перетворюватися на потрібний тип тканини в потрібному місці в потрібний час.
Вчені вважають, що ця робота може допомогти вивчити вроджені дефекти, що впливають на хребет і спинний мозок. Це також може дати уявлення про стани, що впливають на міжхребцеві диски – амортизаційні подушки між хребцями, які розвиваються з хорди. Ці диски можуть викликати біль у спині, коли вони дегенерують з віком.
Наслідки для розуміння людського розвитку
Джеймс Бріско, керівник групи лабораторії динаміки розвитку та старший автор дослідження, сказав: «Хорда діє як GPS для ембріона, що розвивається, допомагаючи встановити головну вісь тіла та керуючи формуванням хребта та нервової системи. До цього часу було важко створити цю життєво важливу тканину в лабораторії, що обмежувало нашу здатність вивчати розвиток і розлади людини. Тепер, коли ми створили модель, яка працює, це відкриває двері для вивчення умов розвитку, про які ми не знали».
Тіаго Ріто, докторант Лабораторії динаміки розвитку та перший автор дослідження, сказав: «Знайти точні хімічні сигнали для створення нотохорди — це все одно, що знайти правильний рецепт. Попередні спроби виростити нотохорду в лабораторії, можливо, зазнали невдачі, оскільки ми не розуміли необхідного часу для додавання інгредієнтів.
«Що особливо захоплююче, це те, що хорда в наших лабораторно вирощених структурах, здається, функціонує подібно до того, як це було б в ембріона, що розвивається. Він надсилає хімічні сигнали, які допомагають організувати навколишні тканини, як це було б під час типового розвитку».