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Les scientifiques imitent le développement naturel du mammifère utilisant des cellules souche

L'embryon minuscule de souris a un coeur qui bat. Ses muscles, vaisseaux sanguins, intestin et système nerveux commencent à se développer. Mais cet embryon est exceptionnel : Il a été fait dans un laboratoire, de cellules souche embryonnaires de souris, et représente (dans une assiette) le modèle in vitro le plus sophistiqué d'un mammifère toujours ainsi produit.

Ce modèle neuf, développé à l'université de l'École de Médecine de la Virginie par Christine et Bernard Thisse, est un pas en avant important dans les efforts des scientifiques pour imiter le développement naturel d'un mammifère à l'aide des cellules souche. Son existence est une merveille qui aidera des scientifiques à comprendre le développement mammifère, les maladies de combat, produit les médicaments neufs et, éventuellement, élève des tissus et des organes pour des gens nécessitant des greffes.

Nous avons trouvé une voie d'instruire des ensembles des cellules souche commencer le développement embryonnaire. En réponse à ces directives réglées, les ensembles se développent en entités comme un embryon dans un procédé qui récapitulent les opérations embryonnaires un par un. Ce qui est étonnant est que nous pouvons obtenir la variété de tissus qui sont présents dans un embryon authentique de souris. »

Christine Thisse, PhD, service de la biologie cellulaire, université de la Virginie

Bernard Thisse, le PhD, qui est également une partie du service de la biologie cellulaire, a noté la signification de l'avance : « Des organes humains sont faits de types multiples de cellules qui proviennent de différentes parties de l'embryon croissant, » il ont dit.

« L'intestin, par exemple, est effectué à partir des cellules qui forment un tube creux. Des modèles de ce tube dans une assiette ont été effectués et sont les organoids appelés d'intestin. Cependant, ce tube n'est pas assez pour effectuer un intestin fonctionnel parce que cet organe contient d'autres composantes, telles que des muscles lisses, vaisseaux sanguins et nerfs qui règlent le fonctionnement de l'intestin et qui sont effectués à partir des cellules de différentes origines.

La seule voie d'avoir toute la variété de cellules nécessaires de la formation des organes fonctionnels est de développer les systèmes dans lesquels toutes les cellules de précurseur sont présentes. Les entités comme un embryon que nous avons conçues utilisant des cellules souche fournissent juste ceci. »

Le potentiel des cellules souche

Les cellules souche sont des cellules particulières qui peuvent se transformer en d'autres types de cellules avec des fonctionnements spécifiques. Par exemple, les cellules souche se transforment en nos coeurs, notre cerveau, nos os, nos nerfs. Ainsi les scientifiques ont été désireux d'armer le potentiel des cellules souche, de les mettre pour travailler pour avancer la recherche médicale et pour bénéficier les patients humains. Mais établir des modèles sophistiqués avec les types multiples de cellules a incroyablement provocant prouvé.

Il est bien plus facile de diriger la formation d'un unicellulaire saisissent une assiette que pour conduire l'orchestre requis pour faire se développer un organisme comme en nature.

Le modèle neuf du Thisses est notable pour sa sophistication. Il est le premier modèle in vitro d'un embryon mammifère avec tant de tissus à établir des cellules souche, les chercheurs enregistrent. Avant tout, ces structures sont dispensées pendant qu'elles devraient être, autour du notochord (le précurseur de la colonne vertébrale), un trait de définition des animaux vertébrés. Dans le modèle du Thisses, différents types de cellules sont tissés ensemble d'une manière élégante et correctement - un accomplissement énorme.

Pour accomplir ceci, le Thisses et leurs collaborateurs ont dû surmonter certains des défis les plus grands dans le domaine de cellule souche. Des modèles antérieurs pour se développer correctement, ou n'ont pas été dispensés correctement, ou ont été infestés par d'autres problèmes.

Utilisant leurs compétences en biologie du développement et construction sur leurs anciens travaux utilisant des cellules des embryons de poissons (publiés en la Science de tourillon en 2014), le Thisses a résolu ces problèmes. Le résultat est les débuts d'une souris dans une assiette avec les cellules et les tissus correctement dispensés.

Avec le modèle du Thisses, le notochord est présent et représenté ; les débuts de tube digestif à se développer ; les battements de coeur ; et, pour la première fois in vitro, un système nerveux se développe avec la formation d'un tube neural.

« Ce modèle in vitro de souris prouve que nous pouvons inciter des cellules à accomplir des programmes de développement complexes dans la bonne succession des opérations. Avoir toute la variété de tissus effectués nous permet d'espérer que la communauté scientifique pourra établir des organes avec une vascularisation correcte, innervation et interactions avec d'autres tissus, » Christine Thisse a dit.

« C'est essentiel pour être un jour capable pour produire les organes humains fonctionnels de rechange dans une assiette. Ceci surmonterait la pénurie d'organe pour des greffes. »

Le modèle neuf du Thisses n'est pas une souris complète pourtant et ne peut pas se développer en une. Les parties fondamentales manquent toujours, comme la partie antérieure du cerveau. Pour l'instant, le développement des embryoids cesse à la fois de correspondre à la période moyenne de la gestation d'un embryon de souris.

La réalisation réelle des chercheurs développe une approche efficace à produire les structures sophistiquées et comme embryonnaire, imitant le développement d'un embryon de souris. Ceci avance leur inducteur considérablement, et il donne le contrôle plus réglé de scientifiques des cellules souche qu'elles ont jamais su.

« Les embryoids nous produisons actuel le manque les domaines antérieurs de cerveau, » Bernard Thisse a dit. « Cependant, avec les techniques que nous avons développées, nous devrait pouvoir, à une certaine remarque, pour manipuler les signes moléculaires que la formation d'embryon de contrôle, et ceci devraient aboutir produire des entités comme un embryon contenant tous les tissus et organes comprenant le cerveau antérieur. »

« La connaissance que nous avons acquise le long de toute notre carrière des biologistes de développement servis de point de départ à cette étude dans le domaine de cellule souche, » Christine Thisse a dit. « C'était un grand saut pour nous, mais il prouve que si vous avez une idée solide, il peut être employé pour croiser des barrages et peut être développé à d'autres fins. Je dis cela pour des stagiaires : Rien n'est définitif, il y a chambre pour connaître plus et pour résoudre des problèmes. »

« En observant un embryon développez-vous est une chose merveilleuse à voir, » il a ajouté. « Je suis chanceux mon travail m'ai abouti à contribuer à la connaissance de la façon dont les embryons invertébrés et vertébrés se développent, et cela utilisant ces principes, nous pouvions produire la formation d'embryon dans une assiette utilisant des cellules souche comme briques de construction. »

Source:
Journal reference:

Xu, P-F., et al. (2021) Construction of a mammalian embryo model from stem cells organized by a morphogen signalling centre. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-23653-4.