Bản chất: Tiết lộ đồng hồ phần điều chỉnh sự phát triển cột sống của con người

Hơn 20 năm trước, phòng thí nghiệm của nhà sinh vật học phát triển Olivier Pourquié đã phát hiện ra một chiếc đồng hồ di động trong phôi gà, trong đó mọi "tích tắc" của đồng hồ tế bào đều thúc đẩy cấu trúc được gọi là somite) và kết quả là somite biến thành một đốt sống.

Trong những năm tiếp theo, Pourquié và những người khác đã sử dụng tế bào chuột để xây dựng những mô hình đầu tiên của cái gọi là đồng hồ phân đoạn này trong các món ăn trong phòng thí nghiệm và thực hiện các thí nghiệm khác để làm rõ hơn Cơ chế đồng hồ phân đoạn này ở nhiều sinh vật.

Mặc dù những nỗ lực nghiên cứu này đã cải thiện sự hiểu biết về sự phát triển bình thường và bất thường của cột sống, cho đến nay không ai có thể xác nhận liệu một chiếc đồng hồ phân đoạn như vậy có tồn tại ở người hay không.

Trong một nghiên cứu mới, Pourquié và nhóm nghiên cứu của ông báo cáo rằng sau nhiều thập kỷ làm việc chăm chỉ, họ đã sử dụng các tế bào gốc có nguồn gốc từ mô trưởng thành trong các món ăn nuôi cấy trong phòng thí nghiệm để xây dựng mô hình đồng hồ đầu tiên như vậy. Thành tựu này không chỉ là bằng chứng đầu tiên cho thấy một chiếc đồng hồ phân đoạn đang tích tắc trong cơ thể con người, mà còn cung cấp cho các nhà khoa học những mô hình in vitro đầu tiên để nghiên cứu sự phát triển cột sống của con người sớm. Các kết quả nghiên cứu có liên quan đã được công bố trực tuyến trên tạp chí Nature vào ngày 8 tháng 1 năm 2020. Tiêu đề của bài báo là "Đặc tính trong ống nghiệm của đồng hồ phân khúc con người".

Pourquié nói: "Chúng tôi hầu như không biết gì về sự phát triển của sarcomere của cơ thể người, được hình thành từ tuần thứ ba đến tuần thứ tư sau khi thụ tinh. Vào thời điểm này, hầu hết phụ nữ không biết rằng họ đang mang thai. là một hệ thống mạnh mẽ để nghiên cứu các quy tắc cơ bản của đồng hồ mặt cắt. "

"Mô hình thử nghiệm sáng tạo của chúng tôi hiện cho phép chúng tôi so sánh sự phát triển của chuột và con người cạnh nhau. Tôi rất vui mừng được tiết lộ sự độc đáo của sự phát triển của con người", Margarete Diaz-Cuadros, đồng tác giả đầu tiên của bài báo và một sinh viên tốt nghiệp ở Phòng thí nghiệm của Pourquié.

Những mô hình tế bào gốc này mở ra cánh cửa để hiểu các điều kiện phát triển của cột sống, chẳng hạn như vẹo cột sống bẩm sinh và các bệnh liên quan đến các mô có nguồn gốc từ mesoderm. Những mô này bao gồm cơ xương và mỡ nâu trên khắp cơ thể, cũng như xương, da và thành bên trong của các mạch máu ở thân và lưng.

Pourquié hy vọng rằng các nhà khoa học sẽ có thể sử dụng các mô hình tế bào gốc mới này để tạo ra các tế bào mô khác biệt cho nghiên cứu và thực hành lâm sàng, chẳng hạn như các tế bào cơ xương cho bệnh loạn dưỡng cơ và tế bào mỡ màu nâu cho bệnh tiểu đường loại 2.

Mặc dù các nhà khoa học đã lập trình lại các tế bào trưởng thành thành các tế bào gốc đa năng cảm ứng (tế bào iPS) và sau đó tạo ra chúng để tạo ra nhiều mô dọc theo con đường phát triển cụ thể, nhưng mô cơ xương khớp tỏ ra khó xử lý. Tuy nhiên, Pourquié và các đồng nghiệp cuối cùng đã phát hiện ra rằng khi các tế bào iPS thu được được ngâm trong môi trường tăng trưởng tiêu chuẩn, việc chỉ thêm hai hợp chất có thể thúc đẩy sự hình thành mô cơ xương.

Pourquié nói: "Chúng tôi có thể sản xuất mô có nguồn gốc từ mesoderm với hiệu suất khoảng 90%. Đây là một khởi đầu rất tốt".

Nhóm Pourquié cũng sử dụng tế bào gốc phôi để xây dựng một mô hình tương tự.

Nhóm nghiên cứu Pourquié đã rất ngạc nhiên khi thấy rằng trong các món ăn nuôi cấy chuột và tế bào người, đồng hồ phần này bắt đầu tích tắc và những tế bào này không cần phải được đặt trên một giàn giáo ba chiều gần hơn với cơ thể con người trước tiên.

"Thật đáng kinh ngạc khi nó hoạt động trong một mô hình hai chiều. Đó là một mô hình lý tưởng", Pourqui nói.

Nhóm nghiên cứu Pourquié phát hiện ra rằng chiếc đồng hồ được phân đoạn này tích tắc cứ sau 5 giờ trong tế bào người và cứ sau 2,5 giờ trong tế bào chuột. Họ nói rằng sự khác biệt về tần suất này phù hợp với sự khác biệt về thời gian mang thai của chuột và người.

Một trong những dự án tiếp theo của Pourquie là nghiên cứu những gì kiểm soát tốc độ biến đổi của đồng hồ được phân đoạn này, và điều gì tham vọng hơn là điều chỉnh thời gian phát triển phôi ở các loài khác nhau. "Có nhiều vấn đề rất thú vị cần được giải quyết," ông nói.