加利福尼亞州舊金山——2021 年 6 月 21 日——從一個圓形細胞球到一個有頭有尾的胚胎是生物體發(fā)育中最關(guān)鍵的步驟之一。但是，細胞是如何開始沿著這條從頭到尾的軸定向組織的，很難研究，因為它發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期，在哺乳動物子宮的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在，格拉德斯通研究所的科學家們創(chuàng)造了一種類器官——一種在實驗室中生長的三維細胞簇——模擬胚胎神經(jīng)系統(tǒng)最早的發(fā)育步驟。該類器官首次展示了人類脊髓細胞如何在胚胎中定向，并且可以闡明環(huán)境暴露或毒素如何使這一過程出錯，從而導致早期流產(chǎn)和先天缺陷。
“這是任何生物體早期發(fā)育的關(guān)鍵點，因此擁有一個新模型來觀察它并在實驗室中研究它是非常令人興奮的，”Gladstone 高級研究員 Todd McDevitt 博士說，他是已發(fā)表的新論文的高級作者。在《發(fā)展》雜志上。
在一個數(shù)周大的人類胚胎中，注定要成為脊椎和脊髓的細胞開始組裝——從胚胎的頭端開始并生長形成胚胎的尾部(或尾骨)端。該過程稱為軸向伸長。
盡管科學家們已經(jīng)在小雞和小鼠胚胎中研究了這一過程，但他們還沒有能夠研究有助于向細胞發(fā)出“頭部”或“尾部”信號的分子。更重要的是，與其他動物相比，人類身體結(jié)構(gòu)的差異——例如沒有尾巴——可能意味著對這些模式生物的觀察結(jié)果不適用于人類。
McDevitt 團隊的成員正在研究一種由一群腦細胞制成的新類器官，當時他們注意到某些條件允許細胞簇開始自發(fā)伸長，形成蝌蚪形結(jié)構(gòu)，讓人想起正在發(fā)育的脊髓。擴展的類器官進行了與脊髓發(fā)育時胚胎相同的轉(zhuǎn)變——從細胞球轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻黠@頭部和尾部的東西，標志著脊柱的頂部和底部。
“類器官通常沒有頭尾方向性，我們最初并沒有打算創(chuàng)造一個細長的類器官，所以我們看到這一點的事實非常令人驚訝，”格拉德斯通研究生尼克埃爾德說，他是一名聯(lián)合研究人員。新論文的作者以及研究生 Emily Bulger 和前研究生 Ashley Libby 博士和 David Joy 博士。
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