加利福尼亞州舊金山——2021 年 6 月 21 日——從一個(gè)圓形細(xì)胞球到一個(gè)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(xì)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?yàn)樗l(fā)生在胚胎發(fā)育的早期，在哺乳動(dòng)物子宮的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在，格拉德斯通研究所的科學(xué)家們創(chuàng)造了一種類器官——一種在實(shí)驗(yàn)室中生長的三維細(xì)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(xì)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(cuò)，從而導(dǎo)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(diǎn)，因此擁有一個(gè)新模型來觀察它并在實(shí)驗(yàn)室中研究它是非常令人興奮的，”Gladstone 高級(jí)研究員 Todd McDevitt 博士說，他是已發(fā)表的新論文的高級(jí)作者。在《發(fā)展》雜志上。
在一個(gè)數(shù)周大的人類胚胎中，注定要成為脊椎和脊髓的細(xì)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(xué)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(xì)胞發(fā)出“頭部”或“尾部”信號(hào)的分子。更重要的是，與其他動(dòng)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(duì)這些模式生物的觀察結(jié)果不適用于人類。
McDevitt 團(tuán)隊(duì)的成員正在研究一種由一群腦細(xì)胞制成的新類器官，當(dāng)時(shí)他們注意到某些條件允許細(xì)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(kuò)展的類器官進(jìn)行了與脊髓發(fā)育時(shí)胚胎相同的轉(zhuǎn)變——從細(xì)胞球轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻黠@頭部和尾部的東西，標(biāo)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(gè)細(xì)長的類器官，所以我們看到這一點(diǎn)的事實(shí)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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