导论器官发生

Developmental Biology

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Summary

器官是由其中器官出现从三个胚层之一在胚胎发育后期的过程。研究人员通过研究器官想要更好地理解遗传程序、 细胞间相互作用和机械部队参与这一进程。最终,科学家希望能用这些知识来创建疗法和将帮助治疗人类疾病的人造器官。

这个视频提供了全面的器官,开始与历史亮点描述在 1800\ 进行的突破性研究概述,到第一次人类手术用组织工程器官执行 2008 年。其次,重点提问发育生物学家介绍,随后进行讨论的如何组织移植、 成像和体外培养技术可以用于回答这些查询。最后,我们描述这些方法如何目前从事发育生物学实验室。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 发育生物学精要. 导论器官发生. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

器官发生领域的科学家探讨高度专业化的形式与功能器官的发育。

器官相对较晚发展过程中,出现后胚胎细胞将称为胚层的三层离散细胞有他们自己安排。通过考虑器官怎样形成的研究人员可以更好地理解如何个别器官功能,并创建将正确的人类疾病有关的器官功能衰竭的治疗方法。

这个视频介绍了器官研究简史、 介绍了关键提问研究器官形成的胚胎学、 描述一些工具可用来回答这些问题,和最后讨论了当前的实验正在进行中的字段。

让我们首先回顾一些意义重大的研究,在器官发生研究的历史。

在 1820 年,卡尔 · 冯 · 贝尔和克里斯蒂安海因里希 · 潘德尔描述胚层理论的发展。· 冯 · 贝尔和潘德尔小鸡模型基础,提出所有脊椎动物的胚胎由三个不同的主细胞层,一起引起所有成人器官。内壁的肠道和呼吸道深部组织、 中胚层形式中间组织包括肌肉和血液,引起内胚层和外胚层生成更肤浅的组织,比如皮肤和神经。

六十年后,在 1885 年,威廉他发表人类胚胎从微观部分重建第一图谱。此集合提供一个器官发生,第一次详细说明,并推测有关如何为各组的细胞排列到窗体器官如心脏、 眼睛和大脑。

1924 年,胚胎学家汉斯 Spemann 和希尔德戈尔带更具实验性的方法去研究器官: 他们执行组织移植在两栖动物研究现在被称为 Spemann 主办的胚胎发育的一个区域。移栽到另一个从一个胚胎组织诱导形成的次生的神经组织。这种变化由于细胞间的相互作用的发育模式被称为"感应",和在许多器官的形成是关键的第一步。

在几十年后这一重大发现,显微镜和分子生物学研究进展意味着胚胎现在可以就读的细胞和分子水平。在 20 世纪 40 年代,莎乐美 Gluecksohn Waelsch 用于鼠标作为一种模式理解特定基因可以调节器官发育。她表现出 T 轨迹基因中的突变小鼠缺乏在中枢神经系统的发展,像脊索的重要结构。

这项工作为 W.T.绿色目的在 1970 年代期间的组织体外生成通过植入健康的软骨细胞在实验室于裸鼠铺平了道路。虽然不成功,1981 年绿的表现帮助研究者,如扬尼斯 · Yannas 和尤金 · 贝尔,介绍组织长成体外回活着的动物。在 2008 年,当保罗 · 阿林进行第一次组织工程化整个器官移植病人的左的支气管替换在实验室培育的组织,这种技术导致一项重大突破。

我们已经讨论了一些历史的亮点,让我们审视今天的器官发生领域面临的几个基本问题。

我们先来也许问胚胎学家的广泛问题: 细胞组做如何变成高度结构化的器官?为了寻找答案,研究人员经常集中于已定义的形态事件,像成复杂的管状网络分支简单管。控制这些进程中的一个组织的机制可能类似于那些在其他组织类似的结构,给出了研究人员线索如何设计他们的实验中使用。

胚胎学家感兴趣如何具体基因直接器官发生。一些注重个体基因和如何他们的产品功能来控制的大小和形状的细胞,以及如何细胞生成和响应信号,形成器官的正常运作。

其他调查确定何时何地基因表达的机制。转录因子,例如,是将附加到特定的 DNA 序列,以控制邻近基因的表达的蛋白质。通过同时调节整个组定义每个特定单元格标识的基因,为数较少的转录因子可以直接整个器官的形成。

由于细胞也是敏感的机械线索的许多科学家探索如何物理力量指南器官。有些看流体流过细胞表面,称为剪应力所产生的力对细胞分化的影响。其他人考虑如何组织张力促进细胞,是重要的组织,比如肌肉和骨骼的完整性之间的连接。

最后,因为不是足够健康的人体器官,能满足移植的需要,科学家正在设计新的方法来制造器官在实验室。他们的主要目标包括创建支架或人工结构能够支持三维组织和器官生长条件优化。例如,用于构造一种器官,细胞必须能够扩大他们迅速而其余的基因稳定的人口。当细胞成功地组装成组织时,确保机关开发功能的血液供应是添加的挑战。

现在,你有感觉的胚胎学家提出的一些关键问题,让我们看看他们用来找到答案的几个研究工具。

各种成像技术用来看看组装成更复杂的器官的细胞。命运的映射是严重依赖于影像学,因为它涉及到跟踪单个细胞和他们的后代在整个开发的一种方法。若要创建命运地图,科学家们可以通过用荧光肽标注监视感兴趣的细胞。

成像技术也是必要的细胞移植和移植实验。在这里,两个有机体、 捐助者和主机之间移植细胞和机体特异性标记然后用于确定的身份和位置的移植的细胞是如何确定机构发展的贡献。

要检查的器官发育的基因调控,科学家有战略来操纵基因表达发育中组织的数目。利用转基因技术,例如,动物的基因组可以修改增加或减少在要么整个动物或选择组织中的特定基因的表达。对遗传操作的简单方法,像病毒转导技术常用来快速提供基因表达或沉默构造成较小的细胞。

要研究的机械力作用在开发过程中,科学家往往求助于体外培养系统,模仿体内生理。例如,当他们长大,可以拉伸柔性衬底上生长的细胞。在专门的微流控分庭来模拟剪应力也经常种植细胞。免疫荧光法和其他显微镜方法然后用来看看如何影响组织的体外培养及细胞接触。

组织工程是重点翻译知识的器官形成移植在临床治疗技术,涉及健康细胞在生物支架上的培养。支架,可以通过去除细胞材料从组织使用洗涤剂、 盐和酶,然后重新填充感兴趣与干细胞的组织构造。或者,可以从使用电荷的可生物降解聚合物创建支架。不管他们如何取得的支架是种子细胞和培养专门设置称为生物反应器在受控条件下。

现在,您已经熟悉一些常见的方法研究器官发生,让我们看看如何应用这些方法。

含有多个基因组,称为胚胎嵌合体,细胞生物是有用的工具来跟踪细胞运动。在这个实验中,斑马鱼嵌合体作了荧光标记的捐助者对未标记的主机胚胎细胞移植。这些移植被用来研究的迁移和细胞命运的决心像肌肉和大脑胚胎结构的发展作用。

为了理解在器官发育中扮演的角色特定基因,科学家改变基因的表达。在这个实验中,特定基因的反义寡核苷酸,称为 morpholinos,首先注入受精卵的斑马鱼卵。采用选择性地表达在心脏肌肉的荧光标记,分析了下,发展中国家的心。在这里,两个基因结合的击倒完全堵塞心脏发育。

组织工程允许科学家探讨不同细胞类型之间的相互作用,并在体外体内研究之间的桥梁。在这个实验中,在实验室中产生了人类皮肤重建。来看看皮肤发展以及癌症的进展,皮肤干细胞体内迁移被跟踪利用荧光标记的蛋白质。皮肤重建然后被接枝到小鼠为研究皮肤细胞的命运和生理生物体系中。

你刚看了器官的朱庇特的简介。在这个视频中,我们亦检讨器官研究的历史和介绍的胚胎学家问的关键问题。我们也探索领域,突出研究策略,并讨论了一些他们当前的应用程序。谢谢观赏 !

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