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Nuovi mimi organoid umani i punti inerenti allo sviluppo più iniziali del sistema nervoso in embrioni

La progressione da una palla rotonda delle celle ad un embrione con una testa e una coda è una della maggior parte delle tappe critiche nello sviluppo di un organismo. Ma appena come le celle in primo luogo cominciano organizzarsi con direzionalità lungo il questo da capo a piedi asse è duro da studiare perché accade nei giorni più in anticipo dello sviluppo embrionale, nei confini dell'utero di un mammifero.

Ora, gli scienziati agli istituti di Gladstone hanno creato un organoid--un cluster tridimensionale delle celle sviluppate in laboratorio--quel imita i punti inerenti allo sviluppo più iniziali del sistema nervoso in embrioni. Il organoid è il primo per mostrare come le celle umane del midollo spinale sono orientate in un embrione e potrebbe fare luce su come le esposizioni ambientali o le tossine possono fare questo trattamento andare storto, causando gli aborti ed i difetti di nascita in anticipo.

“Questo è un tal punto critico nello sviluppo iniziale di tutto l'organismo, in modo da avere un nuovo modello per osservarlo e studiarlo in laboratorio è molto emozionante,„ dice il ricercatore senior Todd McDevitt, il PhD, autore senior di Gladstone di nuovo documento pubblicato nello sviluppo del giornale.

In un settimana-vecchio embrione umano, le celle destinate per trasformarsi nella spina dorsale e nel midollo spinale cominciano montare--cominciando all'estremità capa dell'embrione e diventare modulo l'estremità tailbone o (della coda) dell'embrione. Il trattamento è conosciuto come allungamento assiale.

Sebbene gli scienziati abbiano studiato questo trattamento negli embrioni del mouse e del pulcino, non hanno potuti studiare le molecole che aiutano il segnale “teste„ o “code„ alle celle. Che cosa è più, differenze nei piani delle sezioni trasversali degli esseri umani confrontati ad altri animali--quale la mancanza di coda--potrebbe significare che le osservazioni in questi organismi di modello non sostengono in esseri umani.

I membri del gruppo di McDevitt stavano lavorando ad un nuovo organoid, fatto da una popolazione delle cellule cerebrali, quando hanno notato che determinate circostanze stato concedute i cluster delle cellule per cominciare a prolungare spontaneamente, formando le strutture a forma di girino rievocative di sviluppare i midolli spinali. I organoids estesi avevano fatto la stessa transizione che un embrione subisce quando il midollo spinale si sviluppa--passando da una palla delle celle a qualcosa con una testa distinta e una coda, tracciando la cima e la parte inferiore della colonna vertebrale.

“Organoids non ha tipicamente direzionalità della testa-coda e originalmente non abbiamo precisato per creare un prolungamento organoid, così il fatto che abbiamo veduto che questo affatto era molto sorprendente,„ dice l'anziano di Nick del dottorando di Gladstone, un co-author di nuovo documento con il collega dottorando Emily Bulger e gli ex dottorandi Ashley Libby, il PhD e la gioia di David, PhD.

I ricercatori hanno lavorato per restringersi esattamente che cosa hanno fatto il organoid prolungare ed hanno puntato una manciata di molecole di segnalazione richieste. Poi, hanno analizzato quali geni sono stati girati inserita/disinserita in celle in tutto il prolungamento organoid nel corso di circa 2 settimane. Hanno trovato che il organoid ha avuto reticoli cellulari e molecolari simili a quelli precedentemente trovati negli embrioni di sviluppo in anticipo del mouse.

“Quel mezzi possiamo ora usare questo modello per dividere meglio il cellulare e dettagli molecolari di allungamento umano del midollo spinale nell'ambiente embrionale di sviluppo,„ dice Bulger.

Per esempio, i ricercatori hanno usato la tecnologia genoma-modificante CRISPR-Cas9 per fare tacere un gene dalle cellule staminali probabilmente importanti nello sviluppo del midollo spinale e nei organoids allora creati dalle celle modificate. Senza il gene, il gruppo indicato, i organoids non ha prolungato normalmente, verificando l'importanza del gene nell'allungamento assiale.

Il modello organoid potrebbe anche essere usato per schermare le droghe o le esposizioni ambientali per il loro effetto su un embrione di sviluppo, i ricercatori dicono.

Possiamo usare questo organoid per ottenere alle domande inerenti allo sviluppo umane irrisolte in un modo che non comprende gli embrioni umani. Per esempio, potreste aggiungere i prodotti chimici o le tossine che una donna incinta potrebbe essere esposta a e vedete come pregiudicano lo sviluppo del midollo spinale.„

Ashley Libby, PhD, ex dottorando

Per ora, il gruppo di McDevitt pianificazione continuare a raffinare il loro approccio per creare il prolungamento dei organoids in circostanze varie ed usando la cella differente digita nel tentativo di più ulteriormente capire le interazioni complesse che sono richieste per costruire il midollo spinale.

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.