بازسازی سیستم ناوبری بدن: انقلاب علمی در آزمایشگاه‌ها

مدل‌های سلول‌های بنیادی انسانی با نوتوچورد تولید شدند

دانشمندان مؤسسه فرانسیس کریک موفق به تولید مدل‌های سلول‌های بنیادی انسانی شده‌اند که برای اولین بار حاوی نوتوچورد هستند. نوتوچورد بافتی در جنین در حال توسعه است که مانند یک سیستم ناوبری عمل می‌کند و به سلول‌ها دستور می‌دهد که کجا باید ستون فقرات و سیستم عصبی (بدن) را بسازند. این تحقیق که امروز در نشریه نیچر منتشر شده، گامی مهم در توانایی ما برای مطالعه چگونگی شکل‌گیری بدن انسان در مراحل اولیه توسعه است.

نوتوچورد، بافتی میله‌ای شکل، بخش حیاتی از اسکلت بدن در حال توسعه است. این ویژگی، مشخصه‌ای تعریف‌کننده برای تمام حیوانات دارای ستون فقرات است و نقش مهمی در سازماندهی بافت در جنین در حال توسعه ایفا می‌کند. با وجود اهمیت آن، پیچیدگی این ساختار باعث شده است که در مدل‌های قبلی رشد یافته در آزمایشگاه برای توسعه بدن انسان وجود نداشته باشد.

در این تحقیق، دانشمندان ابتدا جنین‌های مرغ را مورد بررسی قرار دادند تا دقیقاً بفهمند نوتوچورد به طور طبیعی چگونه شکل می‌گیرد. با مقایسه این اطلاعات با داده‌های موجود از جنین‌های موش و میمون، آن‌ها زمان‌بندی و توالی سیگنال‌های مولکولی لازم برای ایجاد بافت نوتوچورد را تعیین کردند. با استفاده از این نقشه، آن‌ها یک توالی دقیق از سیگنال‌های شیمیایی تولید کردند و از آن برای ترغیب سلول‌های بنیادی انسانی به تشکیل نوتوچورد استفاده کردند.

سلول‌های بنیادی یک ساختار کوچک شبیه به «بدن» تشکیل دادند که به طور خودبه‌خود به طول ۱ تا ۲ میلی‌متر کشیده شد. این ساختار حاوی بافت عصبی در حال توسعه و سلول‌های بنیادی استخوان بود که در الگوی مشابهی با توسعه جنین‌های انسانی سازماندهی شده بودند.

نقش نوتوچورد در توسعه بافت‌های بدن

این تحقیق نشان می‌دهد که نوتوچورد به سلول‌ها کمک می‌کند تا در زمان و مکان مناسب به نوع صحیح بافت تبدیل شوند. دانشمندان بر این باورند که این کار می‌تواند به مطالعه نقص‌های مادرزادی که بر ستون فقرات و نخاع تأثیر می‌گذارد، کمک کند. همچنین می‌تواند بینش‌هایی درباره شرایطی که دیسک‌های بین‌مهره‌ای را تحت تأثیر قرار می‌دهد، ارائه دهد. این دیسک‌ها که به عنوان بالشتک‌های جذب‌کننده شوک بین مهره‌ها عمل می‌کنند و از نوتوچورد توسعه می‌یابند، می‌توانند با گذشت زمان باعث درد کمر شوند.

جیمز بریسکو، رهبر گروه آزمایشگاه دینامیک‌های توسعه‌ای و نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: «نوتوچورد مانند یک GPS برای جنین در حال توسعه عمل می‌کند و به ایجاد محور اصلی بدن و هدایت تشکیل ستون فقرات و سیستم عصبی کمک می‌کند. تا به حال، تولید این بافت حیاتی در آزمایشگاه دشوار بوده و این موضوع محدودیت‌هایی در مطالعه توسعه انسانی و اختلالات ایجاد کرده است. حالا که ما مدلی کارآمد ایجاد کرده‌ایم، این امر درهای جدیدی را برای مطالعه شرایط توسعه‌ای که تا کنون در تاریکی بودیم، باز می‌کند.»

تیگو ریتو، پژوهشگر فوق‌دکترا در آزمایشگاه دینامیک‌های توسعه‌ای و نویسنده اول این مطالعه، گفت: «یافتن سیگنال‌های شیمیایی دقیق برای تولید نوتوچورد مانند پیدا کردن یک دستور پخت مناسب بود. تلاش‌های قبلی برای رشد نوتوچورد در آزمایشگاه ممکن است به دلیل عدم درک زمان‌بندی صحیح برای افزودن مواد لازم شکست خورده باشد.»

او ادامه داد: «آنچه به‌ویژه هیجان‌انگیز است این است که نوتوچورد در ساختارهای تولید شده در آزمایشگاه ما به نظر می‌رسد به طور مشابهی عمل می‌کند که در یک جنین در حال توسعه عمل می‌کند. این نوتوچورد سیگنال‌های شیمیایی ارسال می‌کند که به سازماندهی بافت‌های اطراف کمک می‌کند، درست مانند آنچه در توسعه معمولی اتفاق می‌افتد.»