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Gli scienziati aprono per la prima volta la scatola nera della tappa fondamentale dello sviluppo embrionale umano

Embrione umano allo stadio di gastrulazione. © Shankar Srivinas

Per la prima volta, gli scienziati con sede a Helmholtz Monaco e all’Università di Oxford sono stati in grado di far luce su una delle fasi più critiche dello sviluppo embrionale umano (la gastrulazione). La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature, catalizzerà il miglioramento dei modelli sperimentali di cellule staminali e guiderà studi futuri per svelare i segreti dello sviluppo umano.

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La gastrulazione è una delle fasi più critiche dello sviluppo embrionale precoce, che avviene tra i giorni 14 e 21 dopo la fecondazione. Durante questa fase, c’è un’esplosione di diversificazione cellulare e le diverse cellule si preparano a formare gli organi e i tessuti corporei specifici più avanti nello sviluppo. Fino ad ora, la comprensione della gastrulazione umana è molto scarsa, perché i campioni in queste fasi sono eccezionalmente rari e i ricercatori possono coltivare legalmente embrioni umani solo fino all’equivalente di 14 giorni dopo la fecondazione. Pertanto, le nostre attuali conoscenze si basano principalmente sui risultati di sistemi modello, come topi o polli, o modelli basati su colture cellulari per embrioni umani.

“Non essere in grado di confrontare tali modelli in vitro con ciò che accade effettivamente in vivo significa che non siamo ancora in grado di capire quanto questi modelli riassumano il processo di gastrulazione nell’uomo”, spiega Antonio Scialdone, co-autore corrispondente di questo studio.

Aprire la scatola nera dello sviluppo umano
Il team di ricercatori ha analizzato un embrione umano in fase di gastrulazione che è stato generosamente donato alla ricerca da un donatore dopo l’interruzione della sua gravidanza, attraverso la risorsa Human Developmental Biology nel Regno Unito ( https://www .hdbr.org) e secondo i più rigorosi standard etici ivi descritti. Per ottenere il maggior numero di informazioni da un campione così prezioso, i ricercatori hanno utilizzato il sequenziamento dell’RNA a singola cellula per misurare i livelli di espressione genica nelle cellule di tre regioni dell’embrione. In tal modo, sono stati in grado di identificare 11 popolazioni cellulari e i cambiamenti associati ai loro percorsi di differenziazione.

“Ad esempio, abbiamo identificato una popolazione di cellule corrispondenti ai progenitori del sangue, che vanno a formare i diversi componenti del sangue. È interessante notare che, in un confronto con embrioni di topo, abbiamo trovato prove che la formazione del sangue negli esseri umani potrebbe essere ulteriormente progredita rispetto agli embrioni di topo a stadi equivalenti. Ma nel complesso il nostro studio fornisce preziose informazioni sul fatto che a livello molecolare, il topo può fungere da modello per lo sviluppo umano”, afferma Elmir Mahammadov, primo coautore dell’articolo.

Lo studio apre la strada per svelare i segreti dello sviluppo umano
Questo studio è una pietra miliare per la biologia dello sviluppo poiché i campioni umani in queste fasi iniziali sono eccezionalmente rari. Pertanto, il team di ricercatori ha reso disponibili i dati grezzi alla comunità di ricerca su un sito Web ad accesso aperto prima della pubblicazione, consentendo un’esplorazione interattiva di questi dati ( http://www.human-gastrula.net ). “Ora abbiamo l’opportunità di approfondire la nostra attuale comprensione dello sviluppo umano. I nostri risultati aiuteranno a interpretare i risultati sperimentali sulla gastrulazione da organismi modello o modelli in vitro e i dati forniscono una risorsa preziosa per perfezionare gli approcci per la differenziazione diretta delle cellule staminali umane in vitro”, afferma Shankar Srinivas, che ha guidato lo studio dalla parte di Oxford .

Il team di ricercatori

Elmir Mahammadov e Antonio Scialdone fanno parte dell’Institute for Epigenetics and Stem Cells, Institute of Functional Epigenetics e Institute of Computational Biology a Helmholtz Munich. All’Università di Oxford, Shankar Srinivas, del Dipartimento di Fisiologia, Anatomia e Genetica, ha condotto lo studio dalla parte del Regno Unito.

Pubblicazione originale
Tyser et al., 2021: Caratterizzazione trascrittomica di una singola cellula di un embrione umano gastrulante. Natura , DOI: 10.1016/S2542-5196(21)00195-9.

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