Исследователи из Европейской молекулярно‑биологической лаборатории (EMBL) в Барселоне создали 3D-модель in vitro, которая имитирует, как структуры-предшественники, дающие начало позвоночнику, формируются во время эмбрионального развития человека, сообщает EMBL. Результаты работы появились в журнале Nature Communications.
Позвоночный столб является центральной опорной структурой скелета у всех позвоночных. Он не только служит местом крепления мышц, но и защищает спинной мозг и нервные корешки. Нарушения в его развитии вызывают редкие наследственные заболевания.
Позвоночный столб состоит из 33 позвонков, которые образуют пары структур-предшественников – сомиты. Они дают начало не только нашим позвонкам, но и нашим ребрам и скелетным мышцам. Чтобы гарантировать правильное формирование этих структур, развитие сомитов строго регулируется, и каждая пара сомитов возникает последовательно, в определенный момент времени. Этот процесс контролируют «часы сегментации» – группа генов, создающих колебательные волны. Каждая волна порождает новую пару сомитов.
В эксперименте ученым из EMBL впервые удалось воспроизвести этот процесс в лаборатории и создать периодические пары зрелых сомитов человека: они разработали 3D-модель образования сомитов человека «в чашке». Этот процесс называется сомитогенезом.
Команда культивировала индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки (hiPSC) в «коктейле» сигнальных молекул, которые помогают сформировать роль и функцию клетки. Через три дня клетки начали удлиняться и образовывать переднюю (вверху) и заднюю (внизу) оси. В этот момент ученые добавили матригель в культуральную смесь. Матригель — это белковая смесь, необходимая для многих процессов развития. В конечном итоге образовались сомитоиды — эквиваленты сомитов человека.
Чтобы проверить, регулируют ли «часы сегментации» сомитогенез в этих сомитоидах, исследователи отслеживали закономерности в экспрессии HES7 – основного гена, участвующего в этом процессе. Они обнаружили явные признаки колебаний, особенно перед началом сомитогенеза.
Далее авторы работы планируют выращивать сомитоиды разных видов и сравнивать их. Исследователи уже включили в исследование несколько видов млекопитающих – кроликов, крупный рогатый скот и носорогов, – создавая в лаборатории «зоопарк стволовых клеток».
[Фото: EBISUYA GROUP/EMBL]
