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Indicações organoid humanas novas as etapas desenvolventes as mais adiantadas do sistema nervoso nos embriões

A progressão de uma bola redonda das pilhas a um embrião com uma cabeça e uma cauda é um da maioria de passos críticos na revelação de um organismo. Mas apenas como as pilhas começam primeiramente se organizar com directionality ao longo desta linha central da cabeça-à-cauda é duro de estudar porque acontece nos dias os mais adiantados da revelação embrionária, nos confins do útero de um mamífero.

Agora, os cientistas em institutos de Gladstone criaram um organoid--um conjunto tridimensional de pilhas crescidas no laboratório--esse imita as etapas desenvolventes as mais adiantadas do sistema nervoso nos embriões. O organoid é o primeiro para mostrar como as pilhas humanas da medula espinal se tornam orientadas em um embrião, e poderia derramar a luz em como as exposições ambientais ou as toxinas podem fazer este processo ir awry, causando aborto e defeitos congénitos adiantados.

“Este é um ponto tão crítico na revelação adiantada de todo o organismo, assim que ter um modelo novo para observá-la e estudá-la no laboratório é muito emocionante,” diz o investigador superior Todd McDevitt de Gladstone, PhD, autor superior do papel novo publicado na revelação do jornal.

Em um embrião humano semana-velho, as pilhas destinadas para transformar-se a espinha dorsal e a medula espinal começam montar--começo na extremidade principal do embrião e vir o formulário a extremidade da cauda (ou o tailbone) do embrião. O processo é sabido como o alongamento axial.

Embora os cientistas estudassem este processo em embriões do pintainho e do rato, não puderam estudar as moléculas que ajudam o sinal “cabeças” ou “caudas” às pilhas. O que é mais, diferenças nos planos do corpo dos seres humanos comparados a outros animais--como a falta de uma cauda--pôde significar que as observações nestes organismos modelo não guardaram verdadeiro nos seres humanos.

Os membros da equipe de McDevitt estavam trabalhando em um organoid novo, feito de uma população dos neurónios, quando observaram que determinadas circunstâncias permitidas conjuntos de pilha para começar a se prolongar espontâneamente, formando as estruturas girino-dadas forma reminiscentes de desenvolver medulas espinais. Os organoids prolongados tinham feito a mesma transição que um embrião se submete a quando a medula espinal se torna--comutando de uma bola das pilhas a algo com uma cabeça distinta e uma cauda, marcando a parte superior e a parte inferior da espinha.

“Organoids não tem tipicamente o directionality da cabeça-cauda, e nós não expor originalmente para criar um prolongamento organoid, assim o facto de que nós vimos que este de todo era muito surpreendente,” diz a pessoa idosa de Nick do aluno diplomado de Gladstone, um co-autor do papel novo junto com o aluno diplomado companheiro Emily Bulger e alunos diplomados anteriores Ashley Libby, o PhD, e a alegria de David, PhD.

Os pesquisadores trabalharam para reduzir para baixo exactamente o que fizeram o organoid se prolongar, e dirigiram dentro em um punhado de moléculas de sinalização exigidas. Então, analisaram que genes foram girados de ligar/desligar nas pilhas durante todo o prolongamento organoid no curso de aproximadamente 2 semanas. Encontraram que o organoid teve os testes padrões celulares e moleculars similares àqueles encontrados previamente em embriões se tornando adiantados do rato.

“Esse meios nós podemos agora usar este modelo para dissecar melhor o celular e detalhes moleculars de alongamento humano da medula espinal no ambiente embrionário tornando-se,” diz Bulger.

Por exemplo, os pesquisadores usaram a tecnologia CRISPR-Cas9 deedição para silenciar provavelmente um gene das células estaminais importantes na revelação da medula espinal, e em organoids então criados das pilhas editadas. Sem o gene, a equipe mostrada, os organoids não se prolongou normalmente, verificando a importância do gene no alongamento axial.

O modelo organoid poderia igualmente ser usado para seleccionar drogas ou as exposições ambientais para seu efeito em um embrião tornando-se, os pesquisadores dizem.

Nós podemos usar este organoid para obter em perguntas desenvolventes humanas não resolvidas em uma maneira que não envolva embriões humanos. Por exemplo, você poderia adicionar produtos químicos ou toxinas que uma mulher gravida pôde ser expor a, e vê como afectam a revelação da medula espinal.”

Ashley Libby, PhD, aluno diplomado anterior

Por agora, a equipe de McDevitt está planeando continuar a refinar sua aproximação para criar o prolongamento de organoids sob circunstâncias diferentes e usando a pilha diferente dactilografa na tentativa de compreender mais as interacções complexas que são exigidas para construir a medula espinal.

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.