发育中的脊髓如何选择“头”或“尾”？

从一个圆形的细胞球到一个有头有尾的胚胎是生物体发育过程中最关键的步骤之一。但是，细胞是如何开始沿着头-尾轴定向组织自己的，这很难研究，因为这发生在哺乳动物子宫内胚胎发育的早期。

现在，格莱斯顿研究所的科学家们已经创造了一种类器官——一种在实验室中生长的三维细胞簇，模拟胚胎中神经系统的最早发育步骤。这一类器官首次展示了人类脊髓细胞在胚胎中是如何定向的，并能揭示环境暴露或毒素如何使这一过程出错，导致早期流产和出生缺陷。

Gladstone的高级研究员博士说：“在任何生物体的早期发育过程中，这是一个关键点，因此有一个新的模型来观察和在实验室研究它是非常令人兴奋的。”

在一周大的人类胚胎中，注定要成为脊骨和脊髓的细胞从胚胎的头端开始聚集，并生长形成胚胎的尾部（或尾骨）。这个过程被称为轴向伸长。尽管科学家们已经在鸡和小鼠胚胎中研究了这个过程，但他们还没有研究出有助于向细胞发出“头”或“尾”信号的分子。更重要的是，与其他动物相比，人类身体形态的差异，比如没有尾巴，可能意味着这些模式生物的观察结果在人类身上并不成立。

麦克德维特团队的成员正在研究一种新的类器官，这种类器官是由一群脑细胞组成的，他们注意到某些条件允许细胞团开始自发拉长，形成蝌蚪形状的结构，让人想起发育中的脊髓。延伸的类器官发生了与胚胎在脊髓发育时所经历的相同的转变，即从一团细胞转变为具有独特头部和尾部的东西，标志着脊椎的顶部和底部。

格拉斯顿大学的研究生尼克·埃尔德是这篇新论文的合著者之一，他与研究生艾米莉·巴尔杰和前研究生阿什莉·利比共同撰写了这篇论文，博士和大卫·乔伊博士。

研究人员致力于缩小究竟是什么使类有机物拉长，并锁定了一些必需的信号分子。然后，他们分析了在大约2周的过程中，在整个伸长的类器官细胞中哪些基因被打开或关闭。他们发现类器官的细胞和分子模式与先前在早期发育的小鼠胚胎中发现的相似。

“这意味着我们现在可以利用这个模型更好地解剖发育中胚胎环境中人类脊髓伸长的细胞和分子细节，”巴尔杰说。

例如，研究人员使用CRISPR-Cas9基因组编辑技术来沉默被认为对脊髓发育很重要的干细胞中的一个基因，然后从编辑过的细胞中创造出类器官。研究小组发现，如果没有这种基因，类器官就不能正常伸长，这就证实了这种基因在轴向伸长中的重要性。

研究人员说，类器官模型还可以用来筛选药物或环境暴露对发育中胚胎的影响。

利比说：“我们可以用这种类器官来解决人类发育中尚未解决的问题，而不涉及人类胚胎。”例如，你可以添加孕妇可能接触到的化学物质或毒素，看看它们如何影响脊髓的发育。”

目前，麦克德维特的团队正计划继续改进他们的方法，在不同的条件下，利用不同的细胞类型，创造出伸长的类器官，试图进一步了解构建脊髓所需的复杂相互作用。