科学家们在实验室中成功培育出人体脊索——这种组织在胚胎发育过程中充当“GPS”,引导脊柱和神经系统的形成。此前尝试用人类干细胞创建脊索的努力之所以失败,是因为科学家们未能掌握引入某些生物“成分”的理想时机,以促进其生长。
现在,研究人员已经成功培育出一个简单的脊索,他们希望这项实验室培育的脊柱组织能为我们提供关于脊柱相关出生缺陷及其他椎间盘(位于我们椎骨之间的柔软组织)的新见解。
当人们说“长个脊梁骨”时,通常并不是字面意思。但伦敦的弗朗西斯·克里克研究所的科学家们最近接受了这个挑战,并成功开发出含有脊索组织的人类干细胞模型。在胚胎发育过程中,这种杆状组织起到了关键支架的作用,帮助确定细胞在哪里构建脊柱和神经系统。
这是第一个含有脊索的干细胞模型,考虑到它们在早期胚胎发育中的核心作用,这是一个重要的里程碑。该研究结果本周早些时候发表在《自然》杂志上。
“脊索就像发育中的胚胎的GPS,帮助建立身体的主要轴线,并指导脊柱和神经系统的形成,”该研究的资深作者詹姆斯·布里斯科(James Briscoe)在一份新闻声明中表示,“直到现在,很难在实验室中生成这种至关重要的组织,这限制了我们研究人类发育和疾病的能力。”
为了创建这种人类脊索,科学家们不得不借助我们的脊椎动物朋友的帮助。首先,他们分析了鸡胚胎,并将其与小鼠和猴子(这些动物更接近我们进化树上的分支)进行了比较。通过这些信息,研究人员能够开发出创建含脊索组织的干细胞模型所需的分子信号的时间和顺序。
由于这是一个干细胞模型而不是完整的胚胎,因此细胞(根据研究人员的说法)创建了一个“躯干样结构”,长度延伸1到2毫米。虽然不是最实质性的脊柱,但这个微小的结构至关重要地包含了所有神经组织和骨干细胞,并且排列方式与人类胚胎中的模式相同。
“特别令人兴奋的是,我们实验室培育的结构中的脊索似乎功能类似于发育中的胚胎,”该研究的第一作者蒂亚戈·里托(Tiago Rito)表示,“它发出化学信号来帮助组织周围的组织,就像在典型发育过程中一样。”
这尤其重要,因为人类干细胞中的功能性脊索可以帮助进一步研究出生缺陷如何影响脊柱或脊髓。研究人员指出,这对于研究椎间盘也非常有价值——这些位于你的脊椎之间的减震垫实际上是由脊索形成的。
“既然我们已经创建了一个有效的模型,”布里斯科说,“这为我们研究之前一直不清楚的发育条件打开了大门。”
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