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Nuevos imitadores organoides humanos los pasos de desarrollo más tempranos del sistema nervioso en embriones

La progresión de una bola redonda de células a un embrión con una culata de cilindro y una cola es uno de los pasos más críticos del revelado de un organismo. Pero apenas cómo las células primero comienzan a ordenarse con direccionalidad a lo largo de este de pies a cabeza el eje es duro de estudiar porque suceso en los días más tempranos de revelado embrionario, en los límites del útero de un mamífero.

Ahora, los científicos en los institutos de Gladstone han creado un organoide--un atado tridimensional de las células crecidas en el laboratorio--ese imita los pasos de desarrollo más tempranos del sistema nervioso en embriones. El organoide es el primer para mostrar cómo las células humanas de la médula espinal se orientan en un embrión, y podría verter la luz en cómo las exposiciones ambientales o las toxinas pueden hacer que va este proceso mal, causando abortos involuntarios y defectos de nacimiento tempranos.

“Éste es un punto tan crítico en el revelado temprano de cualquier organismo, así que tener un modelo nuevo para observarlo y para estudiarlo en el laboratorio es muy emocionante,” dice al investigador mayor Todd McDevitt, doctorado, autor mayor de Gladstone del nuevo papel publicado en el revelado del gorrón.

En un embrión humano semana-viejo, las células destinadas para convertirse en la espina dorsal y la médula espinal comienzan a montar--el comenzar en el extremo principal del embrión y venir la forma el extremo de la cola (o tailbone) del embrión. El proceso se conoce como elongación axil.

Aunque los científicos hayan estudiado este proceso en embriones del polluelo y del ratón, no han podido estudiar las moléculas que ayudan a la señal “culatas de cilindro” o “colas” a las células. Cuál es más, las diferencias en los planes de la carrocería de los seres humanos comparados a otros animales--por ejemplo la falta de una cola--pudo significar que las observaciones en estos organismos modelo no son verdad en seres humanos.

Las piezas de las personas de McDevitt trabajaban en un nuevo organoide, hecho de una población de neuronas, cuando notaron que ciertas condiciones no prohibidas atados de célula para comenzar a alargar espontáneamente, formando las estructuras renacuajo-dadas forma evocadoras de desarrollar las médulas espinales. Los organoids extendidos habían hecho la misma transición que un embrión experimenta cuando la médula espinal se convierte--cambiando de una bola de células algo con una culata de cilindro distinta y una cola, marcando la capota y la parte inferior de la espina dorsal.

“Organoids no tiene típicamente direccionalidad de la culata de cilindro-cola, y no nos establecimos originalmente para crear un alargamiento organoide, tan el hecho de que vimos que éste en absoluto era muy asombrosamente,” dice la anciano de Nick del estudiante de tercer ciclo de Gladstone, un co-autor del nuevo papel junto con el estudiante de tercer ciclo compañero Emily Bulger y los estudiantes de tercer ciclo anteriores Ashley Libby, doctorado, y la alegría de David, doctorado.

Los investigadores trabajaron para estrecharse hacia abajo exactamente qué hicieron que el organoide alarga, y se dirigieron hacia adentro en un puñado de moléculas de transmisión de señales requeridas. Entonces, analizaban qué genes fueron girados con./desc. en células en el alargamiento organoide a lo largo de cerca de 2 semanas. Encontraron que el organoide tenía configuraciones celulares y moleculares similares a ésas encontradas previamente en embriones tempranos del ratón que se convertían.

“Ese los medios podemos ahora utilizar este modelo para disecar mejor el celular y los detalles moleculares de la elongación humana de la médula espinal en el ambiente embrionario que se convierte,” dice Bulger.

Por ejemplo, los investigadores utilizaron la tecnología genoma-que corregía CRISPR-Cas9 para imponer silencio a un gen de las células madres probablemente importantes en el revelado de la médula espinal, y organoids entonces creados de las células corregidas. Sin el gen, las personas mostradas, los organoids no alargaron normalmente, verificando la importancia del gen en la elongación axil.

El modelo organoide se podría también utilizar para revisar las drogas o las exposiciones ambientales para su efecto sobre un embrión que se convierte, los investigadores dicen.

Podemos utilizar esto organoide para conseguir en las preguntas de desarrollo humanas sin resolver de una manera que no implique embriones humanos. Por ejemplo, usted podría agregar las substancias químicas o las toxinas que una mujer embarazada pudo ser expuesta a, y ve cómo afectan al revelado de la médula espinal.”

Ashley Libby, doctorado, estudiante de tercer ciclo anterior

Por ahora, las personas de McDevitt están proyectando continuar el refinar de su aproximación para crear el alargamiento de organoids bajo diversas condiciones y con diversa célula pulsa en un intento por entender más lejos las acciones recíprocas complejas que se requieren para construir la médula espinal.

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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.