Все организмы развиваются из эмбрионов: клетка делится, образуя множество клеток. На ранних стадиях этого процесса все клетки выглядят одинаково и имеют тенденцию агрегироваться в безликую структуру, чаще всего в шар.
Затем клетки начинают «специализироваться» на разные типы клеток и асимметрично расходятся, образуя ось, которая начинает обеспечивать структуру для развития эмбриона.У эмбрионов животных за этой стадией следует процесс, известный как гаструляция: хореографическое движение клеток, которое, используя начальную ось в качестве ориентира, позиционирует голову и хвост, переднюю и заднюю части. Во время этого процесса клетки начинают объединяться в три отдельных слоя: энтодерму, мезодерму и эктодерму, определяя, в какие ткани или органы будут развиваться клетки.Профессор Альфонсо Мартинес-Ариас с факультета генетики Кембриджского университета, который руководил исследованием, говорит: «Гаструляция была описана биологом профессором Льюисом Вольпертом как« действительно самое важное событие в вашей жизни », потому что она создает план Организм.
Формирование оси и гаструляция — два центральных процесса, которые инициируют развитие организма и неразрывно связаны с эмбрионом. Нам удалось воссоздать это впервые в лаборатории ».
Профессор Мартинес-Ариас и его коллеги при поддержке Европейского исследовательского совета и Wellcome Trust реконструировали эти ранние стадии развития, используя эмбриональные стволовые клетки мыши. Эмбриональные стволовые клетки, обнаруженные в Департаменте генетики в 1980-х годах (за что сэр Мартин Эванс был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 2007 года), стали важным инструментом в биологии развития, понимании болезней и регенеративной медицине. способность давать начало всем типам клеток в культуре. В течение последних нескольких лет они использовались для «выращивания» органов, включая глаз и кору головного мозга; удивительно, что эти структуры развиваются без оси.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Development, исследователи сообщают о способе заставить клетки реорганизоваться так, как они это делают в эмбрионе, создавая ось и претерпевая движения и организации, которые имитируют процесс гаструляции. На протяжении многих лет исследователи создавали агрегаты эмбриональных стволовых клеток для получения определенных типов клеток, например красных кровяных телец. Однако у этих агрегатов отсутствует структура, и различные типы клеток возникают неорганизованным образом. Это первый раз, когда исследователи смогли выявить формирование осей, пространственную организацию и движения, подобные гаструляции, из агрегатов эмбриональных стволовых клеток.
Исследователи показывают, что если количество изначально агрегированных клеток аналогично количеству клеток эмбриона мыши, клетки генерируют единую ось, и это служит шаблоном для последовательности событий, имитирующих те, которые происходят у раннего эмбриона. Управляя сигналами, которые клетки видят в определенное время, исследователи смогли повлиять на то, каким типом клеток они становятся и как они организованы. Например, в одном из экспериментов активация определенного сигнала в нужное время вызывает появление мезодермы, энтодермы и эктодермы — предшественников всех типов клеток — с пространственной организацией, аналогичной структуре эмбриона.
Используя эту экспериментальную систему, исследователи смогли создать ранние стадии спинного мозга, которые, как они показали, формируются как часть процесса гаструляции. Это открытие дополняет предыдущие исследования Эдинбургского университета и Национального института медицинских исследований, которые показали, что эмбриональные стволовые клетки могут быть введены в эти клетки спинного мозга; однако исследователи из Кембриджа показали, что в эмбрионоподобных агрегатах структурная организация более устойчива и допускает поляризованный рост ткани.Профессор Мартинес-Ариас добавляет: «Это только начало, но эта система обещает понимание ранних стадий развития и того, что определяет спецификацию различных типов клеток. Это позволит создать более надежные протоколы для дифференциации с сигналами, имитирующими те, которые представляют собой клетки. подвержены в эмбрионах.
"Что наиболее важно, система предоставит средства для экспериментальной проверки того, как гомогенная группа клеток организуется в пространстве, центральный процесс в развитии любого организма и возможность воссоздать в культуре ниши, которые создают взрослые стволовые клетки. во время эмбриогенеза и которые остаются неуловимыми экспериментально ».Видео: http://www.youtube.com/watch?v=MLZhM5EP5Gw
