_ Oferte de model de celule stem prima privire asupra dezvoltării umane timpurii

Este unul dintre momentele cele mai definitorii ale vieții — acel pas crucial în dezvoltarea embrionară, când un glob indistinct de celule se rearanjează în structura ordonată cu trei straturi care pregătește scena pentru toți. vino. Cunoscut sub numele de gastrulatie, acest proces crucial se desfasoara in a treia saptamana de dezvoltare umana.

„Gastrulatia este originea propriei noastre individualizari, aparitia axei noastre”, spune Ali Brivanlou de la Rockefeller. „Este primul moment care ne separă capul de spatele nostru.”

Observarea bazelor moleculare ale acestui eveniment esențial ar ajuta oamenii de știință să prevină avorturile spontane și tulburările de dezvoltare. Dar studierea gastrulației umane s-a dovedit atât dificilă din punct de vedere tehnologic, cât și complicată din punct de vedere etic și, prin urmare, abordările actuale au avut un succes limitat în extinderea înțelegerii noastre despre dezvoltarea umană timpurie.

Acum, Brivanlou și colegii săi au demonstrat cum este cunoscut un sistem model de celule stem. ca blastoid poate permite studiul nuantelor gastrulatiei umane in prezenta unor tipuri de celule extraembrionare preimplantare. Studiul lor, publicat în Stem Cell Reports, descrie potențialul științific și clinic al acestei noi platforme.

„Gastrulația a fost o cutie neagră extraordinară. Nu ne văzusem niciodată pe noi înșine în acel stadiu”, spune Brivanlou. „Acest lucru ne aduce mai aproape de înțelegerea cum începem.”

Înainte de implantare, un embrion este o minge de aproximativ 250 de celule organizate ca un blastocist. Acest glob evaziv de celule a fost dificil de studiat în mod direct, așa că oamenii de știință au dezvoltat blastoide - modele de blastocist bazate pe celule stem. Blastoizii pot fi clonați, manipulați experimental și programați, permițând oamenilor de știință să studieze blastoizi identici din nou și din nou.

Întrebarea a fost dacă blastoizii ar putea gastrula in vitro. Spre deosebire de un blastocist in vivo, care se rostogolește în uter până când se atașează de țesutul matern, blastoizii erau buni la modelarea globului de celule din care iese viața, dar a rămas neclar dacă acest model in vitro ar putea modela etapele ulterioare ale dezvoltării umane. Adică, până când Brivanlou a dezvoltat o platformă care să permită blastoizilor să se atașeze in vitro și, prin urmare, să progreseze spre gastrulație.

„Am putut apoi să vedem ruperea simetriei epiblastice, marcată de expresia BRA, pentru prima dată cu rezoluția moleculară ridicată”, spune Riccardo De Santis, cercetător asociat în laboratorul Brivanlou și autor principal al studiului. „Acest lucru ne-a permis să începem să punem întrebări mai detaliate despre primele momente ale vieții.”

Cu această claritate fără precedent, echipa a observat direct două momente cheie în gastrulație: primul eveniment de rupere a simetriei epiblastului și apariția. a markerilor moleculari ai striei primitive și mezodermului la atașarea in vitro.

Drânza primitivă este o structură care marchează începutul gastrulației și pune bazele celor trei straturi primare ale embrionului. Unul dintre aceste straturi, mezodermul, se formează în timpul gastrulației și dă naștere mușchilor, oaselor și sistemului circulator. Echipa a descoperit că, încă de la șapte zile după atașare, au fost deja capabili să folosească markeri moleculari pentru a detecta cea mai timpurie semnătură a unei dungi primitive în curs de dezvoltare și a celulelor mezodermice.

Pentru a-și confirma descoperirile, echipa, de asemenea, a descoperit a comparat rezultatele blastoide cu datele de la embrioni umani atașați in vitro și a demonstrat că blastoizii exprimă aceleași gene in vitro pe care le-ar face un embrion obișnuit în acel stadiu in vivo, o demonstrație puternică a puterii blastoidelor ca modele de dezvoltare a embrionului uman.

Evidențiind în continuare puterea sistemului blastoid atașat in vitro al laboratorului, echipa l-a folosit apoi pentru a demonstra că căile care reglează creșterea dungii primitive și a mezodermului in vivo reglează și ruperea simetriei blastoidelor in vitro - toate cu nimic altceva decât modele blastoide derivate din celule stem.

Pe parcurs, echipa a demonstrat, de asemenea, că gastrulația in vitro poate începe în ziua 12, mai devreme decât se credea odinioară. „Acest lucru va schimba manualele”, spune Brivanlou. „Am contribuit la redefinirea semnăturii moleculare și a momentului de declanșare a gastrulației după atașarea in vitro.”

Rezultatele demonstrează că blastoizii, atunci când sunt combinați cu platforma unică de atașare a laboratorului Brivanlou, sunt acum capabili de transmiterea unor perspective asupra dezvoltării umane timpurii care au fost mult timp inaccesibile. De Santis isi imagineaza un viitor in care cercetarea bazata pe blastoizi va duce la progrese in diagnosticarea si tratarea tulburarilor de dezvoltare sau ofera informatii despre cauzele potentiale ale avorturilor spontane precoce in timpul gastrulatiei.

„Multe cupluri nu pot avea copii, deoarece embrionul nu se atașează corect și multe avorturi spontane apar în primele săptămâni de sarcină”, explică De Santis. „Acum avem un sistem model care ne poate ajuta să înțelegem mecanismul molecular care definește dacă o sarcină va avea succes sau nu.”

În viitorul apropiat, De Santis speră să combine această metodă cu învățarea automată pentru a ajută la prezicerea rezultatelor sarcinii și a traiectoriilor tulburărilor de dezvoltare, observând cum se descurcă in vitro modelele blastoide construite cu anumite componente genetice.

„O mai bună înțelegere a gastrulației – și capacitatea de a o studia cu un sistem model fiabil – influențează totul, de la supraviețuirea fătului la autism și la neurodegenerare”, spune De Santis.

(Fluierul)