Embryonala stamceller, härledda från den inre cellmassan av ett embryo i blastocyststadiet, har den anmärkningsvärda förmågan att utvecklas till vilken celltyp som helst i kroppen. Denna pluripotenta natur gör dem ovärderliga för att studera mänsklig utveckling och har stor potential för regenerativ medicin.
Forskarna, ledda av Dr Magdalena Zernicka-Goetz och Dr Nicholas Rivron, använde en kombination av avancerade avbildningstekniker och beräkningsmodellering för att rekonstruera de dynamiska förändringar som sker när mänskliga embryonala stamceller differentierar sig.
Deras resultat visade att differentieringsprocessen styrs av ett komplext samspel mellan genuttryck, signalvägar och cell-cell-interaktioner. De identifierade viktiga regulatoriska gener och signalmolekyler som styr bildandet av de tre bakterielagren (ektoderm, mesoderm och endoderm) från vilka alla vävnader och organ i kroppen uppstår.
Forskarna observerade att differentieringsprocessen sker genom en serie mellanstadier, snarare än en direkt övergång från pluripotenta stamceller till specialiserade celler. Dessa mellanstadier, kallade "primade stamceller", representerar avgörande beslutspunkter i utvecklingsbanan för embryonala stamceller.
Att förstå mekanismerna bakom beteendet hos dessa förberedda stamceller är avgörande för att studera de utvecklingsavvikelser som leder till medfödda störningar och för att utnyttja potentialen hos embryonala stamceller för regenerativa terapier.
Studien ger också insikter i utvecklingen av mänsklig embryonal utveckling, och jämför den med andra djur som möss. Forskarna fann att medan vissa aspekter av embryonal utveckling är bevarade över arter, visar andra betydande skillnader, vilket framhäver de unika egenskaperna hos mänsklig utveckling.
Dr Zernicka-Goetz betonar betydelsen av denna forskning och säger:"Vår studie ger en detaljerad färdplan över hur mänskliga embryonala stamceller ger upphov till mångfalden av celltyper i det utvecklande embryot. Denna kunskap öppnar nya vägar för att förstå utvecklingsdefekter och regenerativ medicin."
Denna forskning representerar ett stort genombrott för att förstå de grundläggande processer som formar mänsklig utveckling och har implikationer för en rad områden, från utvecklingsbiologi till regenerativ medicin. Genom att reda ut de molekylära mekanismerna som styr beteendet hos embryonala stamceller kan forskare få insikter i de utvecklingsavvikelser som orsakar medfödda störningar och potentiellt utveckla stamcellsbaserade terapier för att behandla dessa tillstånd.
