Etwa sieben Tage nach der Empfängnis , tritt etwas Merkwürdiges in der Zellklumpen , die schließlich ein neuer Mensch werden wird. Sie beginnen , sich zu spezialisieren . Sie nehmen auf Merkmale, die an ihrem Schicksal als Teil der Haut, Hirn, Muskel oder einen der rund 200 Zelltypen, die in Menschen existieren deuten beginnen , und sie beginnen, verschiedene Schichten bilden.
Obwohl Wissenschaftler haben diesen Prozess in Tieren untersucht , und haben versucht, menschliche embryonale Stammzellen in Gestalt durch Fluten sie mit chemischen Signalen Koax, bis jetzt der Prozess nicht erfolgreich im Labor repliziert. Doch die Forscher durch Ali Brivanlou , Robert und Harriet Heilbrunn Professor und Leiter des Labors für Stammzellbiologie und Molekulare Embryologie an der Rockefeller University führte , haben es getan , und es stellt sich heraus , dass die fehlende Zutat ist geometrische , nicht chemisch .
" Verstehen, was in diesem Moment passiert , wenn einzelne Mitglieder dieser Masse von embryonalen Stammzellen beginnen, für das erste Mal zu spezialisieren und organisieren sich in Schichten , wird ein Schlüssel für die Nutzbarmachung der Versprechen der regenerativen Medizin ", sagt Brivanlou . "Es bringt uns näher an die Möglichkeit der Ersatzorgane in Petrischalen und Wunden, die schnell geheilt werden kann gewachsen. "
In der Gebärmutter , erhalten menschlichen embryonalen Stammzellen chemische Signale aus dem umgebenden Gewebe , das sie Signalbildungsschichtenzu beginnen - ein Prozess, der Gastrulation . Zellen in der Mitte anfangen, Ektoderm , das Gehirn und die Haut des Embryos zu bilden , während die Migration auf der Außenseite zu Mesoderm und Entoderm , dazu bestimmt, Muskeln und Blut und viele der wichtigsten Organe geworden sind.
Brivanlou und seine Kollegen , darunter Postdocs Aryeh Warmflash und Benoit Sorre sowie Eric Siggia , Viola Ward Brinning und Elbert Calhoun Brinning Professor und Leiter des Laboratoriums für Theoretische Physik der kondensierten Materie , beschränkt menschlichen embryonalen Stammzellen ursprünglich an der Rockefeller zu winzigen kreisförmigen Mustern abgeleitet auf Glasplatten , die chemisch behandelt wurden, zu " Mikromuster " , die die Kolonien aus expandierenden außerhalb eines bestimmten Radius zu verhindern bilden. Wenn die Forscher eingeführt chemische Signale Stimulierung der Zellen an der Gastrulation beginnen , fanden sie die Kolonien , die geometrisch so beschränkt waren fort, Endoderm , Mesoderm und Ektoderm bilden und fing an, sich zu organisieren , so wie sie unter natürlichen Bedingungen hätte . Zellen, die nicht beschränkt waren nicht.
Durch Überwachen spezifischen molekularen Wege die menschlichen Zellen zu verwenden, um miteinander zu kommunizieren , um Muster zu bilden, während der Gastrulation - gelernt die Forscher auch, wie spezifische inhibitorische Signale in Antwort auf die anfängliche erzeugt - was wegen des Fehlens eines geeigneten Labormodell bisher möglich war chemische Signale funktionieren , um die Zellen in einer Kolonie von allen zu verhindern nach dem gleichen Entwicklungsweg .
Die Forschung wurde in Nature Methods veröffentlicht .
"Auf der grundlegenden Ebene , was wir entwickelt haben, ist ein neues Modell zu untersuchen, wie menschliche embryonale Stammzellen zunächst in getrennte Populationen unterscheiden mit einer sehr reproduzierbaren räumlichen Ordnung wie in einem Embryo ", sagt Warmflash . "Wir können nun folgen einzelne Zellen in Echtzeit , um herauszufinden, was macht sie spezialisiert sind, und wir können beginnen, Fragen über die zugrunde liegenden Genetik dieses Prozesses zu stellen. "
Die Forschung hat auch direkte Auswirkungen auf die Biologen zusammen, um "reine" Populationen von bestimmten Zellen oder Geweben entwickelt , die aus mehreren Zelltypen , für den Einsatz in medizinischen Behandlungen zu erstellen. " Diese Zellen haben eine starke intrinsische Tendenz, Muster zu bilden, wie sie sich entwickeln ", sagt Warmflash . " Variation der Geometrie der Kolonien kann sich als ein wichtiges Instrument, das verwendet werden kann , um Stammzellen zu führen, um spezifische Zelltypen oder Gewebe zu bilden. "