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Imitateurs organoid humains neufs les opérations de développement les plus tôt du système nerveux dans les embryons

L'étape progressive d'une bille ronde des cellules à un embryon avec une tête et un arrière est l'une des opérations les plus critiques dans le développement d'un organisme. Mais juste comment les cellules commencent d'abord à se dispenser avec la directionnalité le long de cet axe de la voie de base à la voie de tête il est difficile d'étudier parce qu'il se produit pendant les jours les plus tôt du développement embryonnaire, dans les confins de l'utérus d'un mammifère.

Maintenant, les scientifiques aux instituts de malle ont produit un organoid--un boîtier en trois dimensions des cellules développées dans le laboratoire--ce imite les opérations de développement les plus tôt du système nerveux dans les embryons. L'organoid est le premier pour montrer à quel point les cellules humaines de moelle épinière deviennent installées dans un embryon, et pourrait jeter la lumière sur la façon dont les expositions à un environnement ou les toxines peuvent effectuer ce procédé aller de travers, entraînant de premières fausses-couches et anomalies congénitales.

« C'est une remarque si critique dans le développement précoce de n'importe quel organisme, ainsi avoir un modèle neuf pour l'observer et pour l'étudier dans le laboratoire est très passionnant, » dit le chercheur supérieur Todd McDevitt, PhD, auteur supérieur de malle du publié de papier neuf dans le développement de tourillon.

Dans un semaine-vieil embryon humain, les cellules destinées pour devenir le réseau général et la moelle épinière commencent à se réunir--commencer à l'extrémité principale de l'embryon et devenir la forme l'extrémité d'arrière (ou tailbone) de l'embryon. Le procédé est connu en tant qu'allongement axial.

Bien que les scientifiques aient étudié ce procédé dans des embryons de poussin et de souris, ils n'ont pas pu étudier les molécules qui aident à signaler des « têtes » ou des « arrières » aux cellules. Ce qui est plus, des différences dans les régimes de fuselage des êtres humains comparés à d'autres animaux--comme le manque d'un arrière--pourrait signifier que les observations dans ces organismes modèles ne jugent pas vrai chez l'homme.

Les membres de l'équipe de McDevitt travaillaient à un organoid neuf, effectué à partir d'une population des cellules du cerveau, quand ils ont remarqué que certaines conditions permises des boîtiers de cellules pour commencer à prolonger spontanément, formant les structures en forme de têtard réminiscentes des moelles épinières se développantes. Les organoids étendus avaient effectué le même passage qu'un embryon subit quand la moelle épinière se développe--commutant d'une bille des cellules à quelque chose avec une tête distincte et un arrière, marquant le haut et bas de la colonne vertébrale.

« Organoids n'ont pas type la directionnalité de tête-arrière, et nous ne nous sommes pas initialement mis à produire une prolongation organoid, ainsi le fait que nous avons vu que ce du tout était très étonnant, » indique le sureau de Nick d'étudiant de troisième cycle de malle, un co-auteur du papier neuf avec l'étudiant de troisième cycle semblable Emily Bulger et les anciens étudiants de troisième cycle Ashley Libby, le PhD, et la joie de David, PhD.

Les chercheurs ont travaillé pour se rétrécir vers le bas exact ce qui ont effectué l'organoid prolonger, et ont autoguidé dedans sur une poignée de molécules de signalisation priées. Puis, ils ont analysé quels gènes ont été tournés mise en marche/arrêt en cellules dans toute la prolongation organoid au cours d'environ 2 semaines. Ils ont constaté que l'organoid a eu les configurations cellulaires et moléculaires assimilées à ceux précédemment trouvées dans les embryons se développants tôt de souris.

« Ce des moyens nous pouvons maintenant employer ce modèle pour disséquer mieux le cellulaire et les détails moléculaires de l'allongement humain de moelle épinière dans l'environnement embryonnaire se développant, » dit Bulger.

Par exemple, les chercheurs avaient l'habitude la technologie de la génome-retouche CRISPR-Cas9 pour amortir un gène des cellules souche vraisemblablement importantes dans le développement de moelle épinière, et les organoids alors produits des cellules éditées. Sans gène, l'équipe montrée, les organoids n'a pas prolongé normalement, vérifiant l'importance du gène dans l'allongement axial.

Le modèle organoid pourrait également être employé pour examiner des médicaments ou les expositions à un environnement pour leur effet sur un embryon se développant, les chercheurs indiquent.

Nous pouvons employer ceci organoid pour atteindre des questions de développement humaines non résolues d'une manière dont ne concerne pas les embryons humains. Par exemple, vous pourriez ajouter des produits chimiques ou des toxines qu'une femme enceinte pourrait être exposée à, et voyez comment ils affectent le développement de la moelle épinière. »

Ashley Libby, PhD, ancien étudiant de troisième cycle

Pour l'instant, l'équipe de McDevitt planification pour continuer de raffiner leur approche pour produire prolonger des organoids dans différentes conditions et en utilisant la cellule différente tape afin d'essayer de comprendre davantage les interactions complexes qui sont exigées pour établir la moelle épinière.

Source:
Journal reference:

Libby, A. R. G., et al. (2021) Axial elongation of caudalized human organoids mimics aspects of neural tube development. Development. doi.org/10.1242/dev.198275.