آشکار شدن نحوه رشد اولیه جنین در فضای آزمایشگاهی

در طی رشد جنین ، کل سیستم عصبی ، پوست و اندام های حسی از یک لایه سلول که به نام اکتودرم شناخته می شود ، پدید می آیند . در حالی که مطالعات گسترده ای درباره ی چگونگی تشکیل همه ی این مشتقات از این لایه وجود دارد ، اما تا کنون امکان مطالعه این فرایند در انسان امکان پذیر نبوده است.

دکتر  Aryeh Warmflash ، دانشجوی فارغ التحصیل  George Britton و همکارانشان سیستمی را ساخته اند که در آن همه ی انواع اصلی سلول های اکتودرم در محیط کشتی با الگویی شبیه به آنچه در جنین دیده می شود ، تشکیل می شوند. این تکنیک ، بر اساس کنترل هندسه کلنی های سلولهای بنیادی با الگوهای ریزسنجی ، به آنها کمک کرده است تا جامع ترین تجزیه و تحلیل را در مورد مسیرهای سیگنالینگ که الگوسازی اکتودرم انسانی را هدایت می کنند ، انجام شود.

دکتر Britton گفت : ” تعداد بسیار کمی از سیگنال های ممکن وجود دارد که جنین برای تولید طیف گسترده ای از انواع سلول ها از آن ها استفاده می کند . ما می خواهیم زمانبدی این سیگنال ها و نحوه تفسیر به موقع سلول ها از آنها برای تولید این تنوع را درک کنیم . ”

مطالعات آنها در Development منتشر شد و نوشتند :

تعادل میان دو مسیر سیگنالینگ BMP  و Wnt  مهم است و حتی باتوجه به اینکه آنها الگوبرداری در اکتودرم را هماهنگ میکنند ، مقداری سازگاری دارند . منطقی که آنها استفاده می کنند در نهایت سلول های اکتودرمی را به سرنوشت خود هدایت می کنند ، اما تحقیقات نشان داده اند که برای رسیدن به آنجا می توانند بیش از یک مسیر را طی کنند.

دکتر Britton افزود : ” پلیت های میکرو پترن و درک بهتر از نحوه عملکرد مسیرهای سیگنالینگ به آنها اجازه می دهد تا کلنی های سلول های بنیادی را دستکاری کنند تا در ابتدا الگوهای غیر معمول را بوجود بیاورند ، اما در نهایت همیشه به نظر می رسید که در همان مکان همگرا هستند .

ما مسیرهای مختلفی از سیگنالها را پیدا کردیم که همگی به همان الگو رسیده اند . ”

این کار سیستمی را پیشنهاد داد که توسط آن سلول های بنیادی به سلول های عصبی ، سلول های کرست عصبی ، پلاکودهای عصبی و سلول های اپیدرم تبدیل می شوند و این سیستم بسیار قدرتمند است .

دکتر Britton گفت : ” بسیاری از مردم به شبکه فاکتور رونویسی ، که پدید آمدن کرست عصبی را هدایت می کند ، علاقه دارند . بنابراین این سیستمی قدرتمند برای تفکیک سیگنال هایی است که به آن استدلال کمک می کنند . این چیزی بود که احساس می کنیم باید در این زمینه به آن توجه کنیم . ”

وی گفت : “همچنین این ایده وجود دارد كه سلول هایی كه توانایی تفسیر سطوح نسبی BMP وWnt را دارند میتوان سرنوشت اختصاصی را برای آنها در نظر گرفت . ”

وی افزود : “در جنین ، سلول ها تقریباً در مکانی حرکت می کنند که در آن سیگنال ها و لیگاند ها در اطراف آنها قرار داشته و حرکت میکنند . همچنین ممکن است سلول ها در حال خواندن سطوح نسبی باشند تا سرنوشت خاصی را تعیین کنند . ”

محققان مشاهده کردند که فعالیت نسبی سیگنالینگ BMP و Wnt باعث می شود تصمیمات سلول برای تبدیل شدن به کرست عصبی یا سلولهای پلاکودی انجام شود ، در حالی که BMP به تنهایی اندازه اکتودرم سطح را تنها حدود چهار روز اول کنترل می کند .

چهار روز تقریباً مناسب است به این معنا که سلول ها تصمیم گیری می کنند : ” من می توانم سلول پلاکودی شوم ، من یک سلول کرست عصبی خواهم بود ، یا تبدیل به یک سلول عصبی یا اپیدرمی خواهم شد ! ما  آن را تقریباً یک یا دو روز بعد از رفتارBMP مشاهده میکنیم . اما سخت است که تصمیم بگیریم که آیا اینها الگوهای نهایی هستند یا خیر؟! ”

وی افزود : “ما باید مشاهدات دقیق تری داشته باشیم تا مطمئن شویم که سلولهای پلاکودی به سلولهای کرست عصبی تغییر نمی کنند ، و برعکس . این کار به ما اطلاعاتی در مورد چگونگی ثبیت شدن نوع سلول و سرنوشت به الگوی نهایی می دهد . این کار شاید تا روز ۶ ام یا ۷ ام زمان ببرد .

مطالعات آینده درک بهتری از نحوه کارکرد الگوهای سیگنالینگ و همچنین توسعه ی لایه زایا به ما می دهد. ”

وی ادامه داد : ” تاكنون ، مطالعات مربوط به سلولهای بنیادی انسان که به سلولهای اکتودرمی تمایز می یابند ، عموما به این شکل بودند که همه ی سلول ها فقط به نوع خاصی از سلول ها تمایز یابند. به عنوان مثال ، تحقیقاتی پیرامون تولید محیط کشتی مملوء از نورون ها . ”

دکتر  Warmflash گفت : ” ما به یک سؤال متفاوت علاقه مندیم : چگونه سلولها با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند تا الگوهای سرنوشت سلولی متفاوتی را ایجاد کنند؟ سیستمی که ما توسعه دادیم این کار را خارج از جنین انجام می دهد و به ما این امکان را می دهد تا برای حل این سؤال تحقیقات را شروع کنیم . ”

“تصویری از آزمایشگاه Warmflash”

تصاویر تولید شده توسط دانشمندان rice ، تغییرات سرنوشت اکتودرمی را به عنوان نتیجه کنترل مدت زمان ترشح و سیگنالینگ Wntرا نشان می دهد . مهار wntقبل یا در زمان ترشح . رفتار  BMP4 (ستون سمت چپ) به کلنی ها دستور ساخت الگوهای شعاعی عصبی (سبز-آبی) لایه اکتودرم (صورتی) و سرنوشت پلاکودی (قرمز) میدهد ، در ضمن اجازه ترشح ثانویه Wnt  به کلنی ها (ستون سمت راست) دستور می دهد تا با هزینه سرنوشت جفت ، حلقه ای از کرست عصبی (زرد) تشکیل دهند.

منبع:https://www.stemcellsportal.com