Mod en stamcellemodel for udvikling af menneskeligt nervesystem

Menneskelige embryonale stamceller kan styres til at blive forløbervæv i centralnervesystemet, forskning ledet af University of Michigan har vist.

Den nye undersøgelse afslører også den vigtige rolle, mekaniske signaler spiller i udviklingen af ​​det menneskelige nervesystem.

Mens studiet af embryonisk udvikling ved hjælp af dyreembryoer kan give nyttig indsigt i, hvad der sker under menneskelig udvikling, menneskelige embryoner vokser anderledes, selv på dette tidlige stadium.

"Der er et kritisk behov for at etablere embryonale udviklingsmodeller ved hjælp af menneskelige celler. Ikke alene kunne de fremme vores grundlæggende forståelse af menneskelig udvikling, de er også afgørende for regenerativ medicin og for at teste sikkerheden af ​​lægemidler og kemikalier, som gravide kan have brug for eller støde på, "sagde Jianping Fu, lektor i maskinteknik, hvem der har overvåget forskningen.

"For første gang, vi er i stand til at bruge menneskelige embryonale stamceller til at udvikle en syntetisk model for neuroectoderm -mønster, den embryonale begivenhed, der begynder dannelsen af ​​hjernen og rygmarven i det menneskelige embryo. "

Hos mennesker, de celler, der senere vil differentiere sig til centralnervesystemet (herunder hjernen og rygmarven) er kendt som neurale plade, mens dem, der står mellem neurale plade og fremtidige hudceller, kaldes neurale pladegrænser. Den neurale plade foldes ind på sig selv cirka 28 dage efter undfangelsen, bliver neuralt rør, og grænsen på hver side af den smelter sammen langs dens længde. Når neuralrøret ikke lukker ordentligt, det resulterer typisk i lammelse eller død.

"De nøjagtige årsager til neurale rørfejl er ikke klare, og der er i øjeblikket ingen kur mod dem. Miljømæssige faktorer, såsom visse lægemidler, gravide kvinder tager, kan spille en rolle i at forårsage neurale rørfejl, "Sagde Fu.

I den nye undersøgelse, Fu's forskerhold arrangerede menneskelige embryonale stamceller i cirkulære cellekolonier med definerede former og størrelser. Cellerne blev derefter udsat for kemikalier, der vides at lokke dem til at differentiere til neurale celler. Under differentieringsprocessen, celler i cirkulære kolonier organiserede sig med neurale pladeceller i midten og neurale pladegrænseceller i en ring omkring ydersiden.

"Da alle cellerne i en mikropatronet koloni befinder sig i det samme kemiske miljø, det er fantastisk at se cellerne autonomt differentiere sig til forskellige celler og organisere sig i et flercellet mønster, der efterligner menneskelig udvikling, "sagde Xufeng Xue, en doktorand i maskinteknik, der arbejder i Fu's forskergruppe. Xue er medforfatter af papiret.

Fu's team observerede, at celler i den cirkulære koloni blev tættere pakket midt i kolonien, hvor de blev til neurale pladeceller, mod kolonigrensen, hvor de blev til neurale pladegrænseceller. Mistænker mekaniske signaler kan påvirke deres differentiering, de placerede enkelte humane embryonale stamceller på klæbende pletter i forskellige størrelser.

I det samme kemiske miljø, enkelte humane embryonale stamceller vokset på større pletter begyndte at signalere begivenheder i cellerne, der drev dem mod at blive neurale pladegrænseceller. Disse signalhændelser blev hæmmet i stamceller begrænset til mindre pletter. Teamet udviklede også et system til at strække celler midt i en koloni. Som reaktion på dette mekaniske signal, cellerne midt i en koloni differentieret til neurale pladegrænseceller, snarere end neurale pladeceller i midten af ​​en almindelig koloni.

"Mens mange nuværende modeller tilskriver mønster af embryonale væv til kemiske gradienter eller cellemigration, vores resultater viser, at disse faktorer muligvis ikke er de eneste drivere, "sagde Yubing Sun, en tidligere doktorand i Fu's laboratorium og nu adjunkt i maskin- og industriteknik ved University of Massachusetts. Sun er en af ​​første forfattere af avisen.

Studiet, med titlen, "Mekanisk styret embryonisk mønster af neuroektodermvæv fra humane pluripotente stamceller, "udgives i Naturmaterialer .