Strona główna nauka/tech Naukowcom udało się wyhodować ludzki kręgosłup w laboratorium

nauka/tech

Naukowcom udało się wyhodować ludzki kręgosłup w laboratorium

Przez

-

18 grudnia, 2024

6

Kawałki organoidów pnia[1]Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawiające bardzo szczegółowe spojrzenie na kawałki organoidów tułowia. Źródło: Tiago Rito, Marie-Charlotte Domart</figcaption></figure>
<p><strong>Naukowcy poczynili znaczny postęp w badaniu wczesnego rozwoju człowieka, pomyślnie tworząc wyhodowaną w laboratorium strunę grzbietową, kluczowy element strukturalny człowieka <span class= — które po raz pierwszy obejmują strunę grzbietową — tkankę rozwijającego się zarodka, która kieruje komórkami w procesie tworzenia kręgosłupa i układu nerwowego (tułowia).

Badanie, opublikowane dzisiaj (18 grudnia) w Naturaoznacza znaczący postęp w zrozumieniu, jak kształtuje się ciało ludzkie na wczesnym etapie rozwoju.

Struna grzbietowa, tkanka w kształcie pręcika, służy jako krytyczny przewodnik strukturalny w rozwijającym się ciele. Jest to cecha charakterystyczna wszystkich kręgowców i odgrywa kluczową rolę w organizowaniu tkanek podczas wzrostu zarodka.

Ze względu na swoją złożoność struna grzbietowa była szczególnie nieobecna w poprzednich laboratoryjnych modelach rozwoju ludzkiego tułowia, co czyni ten przełom szczególnie ważnym dla postępu biologii rozwoju.

Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawiające bardzo szczegółowe spojrzenie na kawałki organoidów tułowia. Źródło: Tiago Rito, Marie-Charlotte Domart

Dekodowanie formacji Notochord

W ramach tych badań naukowcy najpierw przeanalizowali zarodki kurze, aby dokładnie zrozumieć, w jaki sposób naturalnie tworzy się struna grzbietowa. Porównując to z istniejącymi opublikowanymi informacjami dotyczącymi embrionów myszy i małp, ustalili czas i sekwencję sygnałów molekularnych niezbędnych do wytworzenia tkanki struny grzbietowej.

Dzięki temu planowi wygenerowali precyzyjną sekwencję sygnałów chemicznych i wykorzystali ją do nakłonienia ludzkich komórek macierzystych do utworzenia struny grzbietowej.

Kawałki organoidów pnia są przymocowane taśmą. Próbki te zostaną następnie pokryte cienką warstwą platyny, a następnie obrazowane za pomocą mikroskopu elektronowego. Źródło: Tiago Rito, Marie-Charlotte Domart

Postępy w modelach ludzkiego tułowia hodowanych w laboratorium

Komórki macierzyste utworzyły miniaturową strukturę przypominającą pień, która spontanicznie wydłużyła się do 1-2 milimetrów długości. Zawierał rozwijające się komórki macierzyste tkanki nerwowej i kości, ułożone we wzór odzwierciedlający rozwój ludzkich embrionów. Sugerowało to, że struna grzbietowa zachęca komórki do przekształcenia się w odpowiedni rodzaj tkanki we właściwym miejscu i czasie.

Naukowcy są przekonani, że ta praca może pomóc w badaniu wad wrodzonych wpływających na kręgosłup i rdzeń kręgowy. Może również dostarczyć wglądu w stany wpływające na krążki międzykręgowe – amortyzujące poduszki między kręgami, które rozwijają się ze struny grzbietowej. Dyski te mogą powodować ból pleców, gdy ulegają zwyrodnieniu z wiekiem.

Szczegółowy, przezroczysty film przedstawiający komórki struny grzbietowej (czerwone) i powiązane cząsteczki tworzące wzory (w kolorze cyjanowym) wewnątrz organoidu pnia. Jądra komórkowe w kolorze szarym. Źródło: Tiago Rito

Implikacje dla zrozumienia rozwoju człowieka

James Briscoe, kierownik grupy w Developmental Dynamics Laboratory i starszy autor badania, powiedział: „Struna grzbietowa działa jak struna grzbietowa GPS dla rozwijającego się zarodka, pomagając w ustaleniu głównej osi organizmu i kierując powstawaniem kręgosłupa i układu nerwowego. Do tej pory wytworzenie tej istotnej tkanki w laboratorium było trudne, co ograniczało nasze możliwości badania rozwoju i zaburzeń człowieka. Teraz, gdy stworzyliśmy działający model, otwiera to drzwi do zbadania warunków rozwojowych, co do których nie mieliśmy pojęcia.”

Obraz mikroskopowy powierzchni organoidu tułowia (po prawej) i obraz wygenerowany komputerowo (po lewej) ze struną grzbietową w kolorze zielonym, otoczoną zewnętrzną tkanką nerwową (szkieletowaną w kolorze fioletowym). Źródło: Tiago Rito

Tiago Rito, stażysta podoktorski w Laboratorium Dynamiki Rozwoju i pierwszy autor badania, powiedział: „Znalezienie dokładnych sygnałów chemicznych potrzebnych do wytworzenia struny grzbietowej było jak znalezienie właściwej receptury. Poprzednie próby hodowli struny grzbietowej w laboratorium mogły zakończyć się niepowodzeniem, ponieważ nie znaliśmy wymaganego czasu na dodanie składników.

„Szczególnie ekscytujące jest to, że struna grzbietowa w naszych strukturach wyhodowanych w laboratorium wydaje się funkcjonować podobnie do tego, jak funkcjonowałby w rozwijającym się embrionie. Wysyła sygnały chemiczne, które pomagają uporządkować otaczającą tkankę, tak jak dzieje się to podczas normalnego rozwoju.

Przekrój organoidu ludzkiego tułowia. Struna grzbietowa (zielona) powoduje, że tkanka nerwowa (na niebiesko) ma wzór (na magentie). Jądra komórkowe wybarwione na biało. Źródło: Tiago Rito

Notatki

Struktury te są uproszczonymi modelami ciała, które zawierają tylko niewielką liczbę typów komórek. Rozwijają się zaledwie przez kilka dni i nie mogą tworzyć zarodków. Ich głównym celem jest badanie aspektów rozwoju człowieka, które były trudne lub niemożliwe do bezpośredniego zbadania.

Odniesienie: „Terminowe hamowanie sygnalizacji TGF-b indukuje strunę grzbietową” Rito, Tiago. i in., 18 grudnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08332-w

Kawałki organoidów pnia, elektronowa mikroskopia skaningowa — które po raz pierwszy obejmują strunę grzbietową — tkankę rozwijającego się zarodka, która kieruje komórkami w procesie tworzenia kręgosłupa i układu nerwowego (tułowia).

Badanie, opublikowane dzisiaj (18 grudnia) w Naturaoznacza znaczący postęp w zrozumieniu, jak kształtuje się ciało ludzkie na wczesnym etapie rozwoju.

Struna grzbietowa, tkanka w kształcie pręcika, służy jako krytyczny przewodnik strukturalny w rozwijającym się ciele. Jest to cecha charakterystyczna wszystkich kręgowców i odgrywa kluczową rolę w organizowaniu tkanek podczas wzrostu zarodka.

Ze względu na swoją złożoność struna grzbietowa była szczególnie nieobecna w poprzednich laboratoryjnych modelach rozwoju ludzkiego tułowia, co czyni ten przełom szczególnie ważnym dla postępu biologii rozwoju.

Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawiające bardzo szczegółowe spojrzenie na kawałki organoidów tułowia. Źródło: Tiago Rito, Marie-Charlotte Domart

Dekodowanie formacji Notochord

W ramach tych badań naukowcy najpierw przeanalizowali zarodki kurze, aby dokładnie zrozumieć, w jaki sposób naturalnie tworzy się struna grzbietowa. Porównując to z istniejącymi opublikowanymi informacjami dotyczącymi embrionów myszy i małp, ustalili czas i sekwencję sygnałów molekularnych niezbędnych do wytworzenia tkanki struny grzbietowej.

Dzięki temu planowi wygenerowali precyzyjną sekwencję sygnałów chemicznych i wykorzystali ją do nakłonienia ludzkich komórek macierzystych do utworzenia struny grzbietowej.

Kawałki organoidów pnia są przymocowane taśmą. Próbki te zostaną następnie pokryte cienką warstwą platyny, a następnie obrazowane za pomocą mikroskopu elektronowego. Źródło: Tiago Rito, Marie-Charlotte Domart

Postępy w modelach ludzkiego tułowia hodowanych w laboratorium

Komórki macierzyste utworzyły miniaturową strukturę przypominającą pień, która spontanicznie wydłużyła się do 1-2 milimetrów długości. Zawierał rozwijające się komórki macierzyste tkanki nerwowej i kości, ułożone we wzór odzwierciedlający rozwój ludzkich embrionów. Sugerowało to, że struna grzbietowa zachęca komórki do przekształcenia się w odpowiedni rodzaj tkanki we właściwym miejscu i czasie.

Naukowcy są przekonani, że ta praca może pomóc w badaniu wad wrodzonych wpływających na kręgosłup i rdzeń kręgowy. Może również dostarczyć wglądu w stany wpływające na krążki międzykręgowe – amortyzujące poduszki między kręgami, które rozwijają się ze struny grzbietowej. Dyski te mogą powodować ból pleców, gdy ulegają zwyrodnieniu z wiekiem.

Szczegółowy, przezroczysty film przedstawiający komórki struny grzbietowej (czerwone) i powiązane cząsteczki tworzące wzory (w kolorze cyjanowym) wewnątrz organoidu pnia. Jądra komórkowe w kolorze szarym. Źródło: Tiago Rito

Implikacje dla zrozumienia rozwoju człowieka

James Briscoe, kierownik grupy w Developmental Dynamics Laboratory i starszy autor badania, powiedział: „Struna grzbietowa działa jak struna grzbietowa GPS dla rozwijającego się zarodka, pomagając w ustaleniu głównej osi organizmu i kierując powstawaniem kręgosłupa i układu nerwowego. Do tej pory wytworzenie tej istotnej tkanki w laboratorium było trudne, co ograniczało nasze możliwości badania rozwoju i zaburzeń człowieka. Teraz, gdy stworzyliśmy działający model, otwiera to drzwi do zbadania warunków rozwojowych, co do których nie mieliśmy pojęcia.”

Obraz mikroskopowy powierzchni organoidu tułowia (po prawej) i obraz wygenerowany komputerowo (po lewej) ze struną grzbietową w kolorze zielonym, otoczoną zewnętrzną tkanką nerwową (szkieletowaną w kolorze fioletowym). Źródło: Tiago Rito

Tiago Rito, stażysta podoktorski w Laboratorium Dynamiki Rozwoju i pierwszy autor badania, powiedział: „Znalezienie dokładnych sygnałów chemicznych potrzebnych do wytworzenia struny grzbietowej było jak znalezienie właściwej receptury. Poprzednie próby hodowli struny grzbietowej w laboratorium mogły zakończyć się niepowodzeniem, ponieważ nie znaliśmy wymaganego czasu na dodanie składników.

„Szczególnie ekscytujące jest to, że struna grzbietowa w naszych strukturach wyhodowanych w laboratorium wydaje się funkcjonować podobnie do tego, jak funkcjonowałby w rozwijającym się embrionie. Wysyła sygnały chemiczne, które pomagają uporządkować otaczającą tkankę, tak jak dzieje się to podczas normalnego rozwoju.

Przekrój organoidu ludzkiego tułowia. Struna grzbietowa (zielona) powoduje, że tkanka nerwowa (na niebiesko) ma wzór (na magentie). Jądra komórkowe wybarwione na biało. Źródło: Tiago Rito

Notatki

Struktury te są uproszczonymi modelami ciała, które zawierają tylko niewielką liczbę typów komórek. Rozwijają się zaledwie przez kilka dni i nie mogą tworzyć zarodków. Ich głównym celem jest badanie aspektów rozwoju człowieka, które były trudne lub niemożliwe do bezpośredniego zbadania.

Odniesienie: „Terminowe hamowanie sygnalizacji TGF-b indukuje strunę grzbietową” Rito, Tiago. i in., 18 grudnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08332-w

Link źródłowy