研究人员的一项新发现挑战了我们目前对早期胚胎发育最重要阶段原肠胚形成的理解。
当受精卵开始发育时，很快形成的内细胞群，即最终发育成个体的一群细胞，在最初几周内保持其多能干细胞的潜力。换句话说，这个细胞群中的每个细胞都有能力形成一个完整的新个体，以及人体所需的数百种不同细胞类型。干细胞治疗的潜力是基于这种早期胚胎干细胞的多能性。
原肠胚形成是胚胎发育的关键阶段，当胚胎的胚层(外胚层、中胚层和内胚层)和发育体的三个体轴(前和后、背和腹、左和右)形成时，这种多能性就会丧失。事实上，原肠胚形成通常被认为是生命中最重要的阶段，早期流产的很大一部分是由于原肠胚发育不成功造成的。
来自赫尔辛基大学和美国国立卫生研究院(NIH)的研究人员发现，胚层之一的外胚层在原肠胚形成过程中并没有失去其多能性。它也回答了发育生物学家提出的一个长期存在的问题，即在胚胎发育过程中起源于外胚层的神经嵴如何具有如此高的干细胞潜力。
在原肠胚形成之后，神经嵴发育成大量的细胞，形成身体的各个部位。仅举几个例子，神经嵴衍生的组织包括皮肤中的色素细胞、整个周围神经系统、面部和颈部的骨骼、心脏的一部分，以及几种产生激素的细胞类型——实际上，这些细胞类型不可能从单一的胚层分化出来。
“我们的发现为早期胚胎发育中的一系列事件提供了新的线索。研究结果表明，产生多能干细胞所需的干细胞基因的表达阶段持续整个外胚层，几乎直到神经管(中枢神经系统的前体)完成。研究结果还表明，外胚层细胞命运决定过程的可塑性比以前认为的要高得多，”研究小组的首席研究员、赫尔辛基大学前学院研究员、现任美国国立卫生研究院神经嵴发育和疾病部门主任的劳拉·克罗索博士说。
一种能够分析单个细胞的高分辨率成像技术帮助研究人员揭示了这些发现。
此前，研究小组开发了这种技术，用于同时分析几个基因的表达，他们进一步修改了这项研究，使他们能够监测原肠胚形成后不同发育阶段的外胚层中单个干细胞的位置。
“通过这种精确而有效的技术，可以在原始组织中现场识别细胞谱。这项技术可以应用于任何问题，比如比较生病和健康的组织，”赫尔辛基大学的博士研究员Ceren Pajanoja说。
神经嵴病变，或起源于神经嵴的疾病，约占所有先天性发育障碍的四分之一。从这项研究中获得的新知识有助于理解神经嵴病变的发病机制，并确定在妊娠早期就导致神经嵴病变的基因缺陷。这项研究还可以帮助开发替代疗法，未来可以应用于怀孕期间的胎儿。
源自神经嵴的癌症包括黑色素瘤和神经母细胞瘤，这是一种婴儿常患的致命疾病，克罗索博士的研究小组也在从神经嵴发育的角度对其进行研究。
她说:“直到最近人们才意识到，了解原始组织的正常发育对于找出癌症激活时出现的问题是多么重要。”
此外，从干细胞分化神经嵴衍生组织的技术在未来的组织替代疗法中有很大的应用前景。
这项研究发表在《自然通讯》杂志上，是赫尔辛基大学医学院生物化学和发育生物学系博士研究员Ceren Pajanoja正在完成的博士论文的一部分。这项研究得到了芬兰研究委员会、Sigrid jussamlius基金会、Väre儿童癌症研究基金会、Emil Aaltonen基金会和国家牙科和颅面研究所(NIH/NIDCR)的校内研究项目的资助。
原文章:Pajanoja C, Hsin J, Olinger B, Schiffmacher A, Yazejian R, Abrams S, Dapkunas A, Zainul Z, Doyle A, Martin D, kersuo L.整个外胚层维持多能样特征导致神经嵴干细胞潜能。自然通讯，2023。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 41384 - 6
