Ученые из Института Фрэнсиса Крика впервые создали модели стволовых клеток человека, которые формируют хорду — ткань развивающегося эмбриона, которая играет роль своеобразной навигационной системы, указывая клеткам, где строить позвоночный столб и нервные ткани будущего спинного мозга.
Работа, опубликованная в журнале Nature, знаменует собой значительный шаг вперед в изучении того, как формируется человеческое тело на ранних стадиях развития.
Хорда, ткань в форме вытянутой полой трубки, является центральной частью каркаса развивающегося организма. Это отличительная черта всех животных, у которых есть позвоночник. Хорда играет решающую роль в структурировании тканей эмбриона.
Необычайная сложность строения и уязвимость хорды не давали возможность экспериментировать с ее тканями в предыдущих лабораторных моделях.
В последнем исследовании ученые впервые изучили, как естественным образом формируется хорда куриных эмбрионов. Сравнив полученные данные с опубликованной информацией об эмбрионах мышей и обезьян, они установили время и последовательность молекулярных сигналов, необходимых для создания тканей хорды.
С помощью этой схемы они получили точную последовательность химических сигналов и использовали ее, чтобы заставить стволовые клетки эмбриона человека сформировать хорду.
Стволовые клетки образовали миниатюрную, напоминающую хоботок структуру, которая самопроизвольно удлинилась до 1-2 миллиметров. В ней содержались развивающиеся стволовые клетки нервной ткани и костей, расположенные по схеме, которая соответствует схеме развития человеческого эмбриона. Это наводило на мысль о том, что хорда каким-то образом стимулирует превращение стволовых клеток в нужный тип ткани в нужном месте в нужное время.
Ученые полагают, что работа может помочь в изучении и терапии врожденных дефектов, влияющих на позвоночник и спинной мозг. Она также может дать представление о состояниях, влияющих на межпозвоночные диски — амортизирующие подушки между позвонками, которые развиваются из хорды. Врожденные дефекты и возрастная дегенерация дисков — главные причины боли в спине у десятков миллионов людей по всему миру.
Джеймс Бриско, руководитель группы лаборатории динамики развития и старший автор исследования: «Хорда действует как навигатор для развивающегося эмбриона, помогая установить основную ось тела и направляя формирование позвоночника и нервной системы.
До сих пор было сложно создать эту жизненно важную ткань в лаборатории, что ограничивало наши возможности в изучении развития человека и его дисфункций и болезней. Теперь, создав рабочую модель, мы получили возможности изучения условий развития, о которых мы ничего не знали».
Тьяго Рито, научный сотрудник лаборатории динамики развития и соавтор публикации: «Найти точные химические сигналы для образования элементов позвоночника и спинного мозга было все равно что найти нужный препарат и метод лечения доселе неизлечимой болезни. Предыдущие попытки вырастить хорду в лабораторных условиях, возможно, провалились из-за того, что экспериментаторы не рассчитали время, необходимое для добавления ингредиентов в клеточные культуры.
Выращенная нами в пробирке человеческая хорда функционирует аналогично тому, как она функционировала бы у развивающегося эмбриона в чреве матери. Она посылает химические сигналы, которые помогают организовать окружающие ткани при естественном развитии».
Ранее ученые выяснили, что воспоминания хранит не только мозг.
