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Developmental Biology

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Overview

유기 발생은 배아 발달의 후반 단계 도중 3개의 세균 층 의 한에서 기관이 생기는 프로세스입니다. 유기 발생을 연구하는 연구원은 이 과정에 관여하는 유전 프로그램, 세포 세포 상호 작용 및 기계적 힘을 더 잘 이해하기를 원합니다. 궁극적으로 과학자들은 이 지식을 사용하여 인간 질병을 치료하는 데 도움이 되는 치료법과 인공 장기를 만들기를 희망합니다.

이 비디오는 1800년대에 수행된 획기적인 연구를 시작으로 역사적인 하이라이트를 포함하여 유기 발생에 대한 포괄적인 개요를 제공합니다. 다음으로, 발달 생물학자가 묻는 주요 질문이 소개되고, 조직 이식, 화상 진찰 및 체외 배양 기술이 어떻게 이 질문에 대답하기 위하여 이용될 수 있는지에 대한 토론다음에 소개됩니다. 마지막으로, 우리는 이 방법이 현재 발달 생물학 실험실에서 어떻게 채택되고 있는지 설명합니다.

Procedure

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유기 발생 분야의 과학자들은 고도로 전문화 된 형태와 기능을 가진 장기의 발달을 조사합니다.

장기는 배아 세포가 세균 층으로 알려진 3 개의 이산 세포 층으로 자신을 배치 한 후 개발 중에 상대적으로 늦게 발생합니다. 장기가 어떻게 형성되는지 고려함으로써, 연구원은 개별 기관이 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하고 장기 부전과 관련된 인간 질병을 교정할 치료법을 만들 수 있습니다.

이 비디오는 유기 발생 연구의 간략한 역사를 제시하고, 기관 형성을 연구하는 배아학자들이 묻는 주요 질문을 소개하고, 그 질문에 대답할 수 있는 몇 가지 도구를 설명하고, 마지막으로 현장에서 수행되고 있는 현재의 실험에 대해 설명합니다.

유기 발생 연구의 역사에서 몇 가지 획기적인 연구를 검토 하 여 시작 하자.

1820년대에 칼 폰 베어와 크리스티안 하인리히 판더는 세균층 개발 이론을 설명했다. 병아리 모형에 근거하여, 폰 Baer와 판더는 모든 척추 동물 태아가 함께 모든 성인 기관을 일으키는 3개의 명백한 1 차 세포 층으로 이루어질 것을 제안했습니다. 내분은 장과 호흡기의 안대기와 같은 깊은 조직을 일으키고, 중피는 근육과 혈액을 포함한 중간 조직을 형성하며, 자궁 절제술은 피부와 신경과 같은 더 많은 피상적 조직을 생성합니다.

60년 후인 1885년, 빌헬름 그분스는 현미경 섹션에서 재구성된 인간 배아의 첫 번째 아틀라스를 출판했습니다. 이 컬렉션은 유기 발생에 대한 첫 번째 상세한 설명 중 하나를 제공하고, 세포의 다양한 그룹이 심장, 눈, 뇌와 같은 장기를 형성하기 위해 자신을 배열하는 방법에 대한 가설.

1924년, 배아학자 한스 스페만과 힐데 만골드는 유기발생을 연구하기 위한 보다 실험적인 접근법을 취했습니다: 그들은 양서류에서 조직 이식을 수행하여 현재 Spemann 주최자로 알려진 개발 배아의 영역을 연구했습니다. 한 배아에서 다른 태아로 주최자를 이식하는 것은 이차 신경 조직의 형성을 유도했습니다. 세포 상호 작용으로 인한 발달 패터닝의 이러한 변화는 "유도"로 알려지게되었고 많은 장기 형성에 중요한 첫 번째 단계입니다.

이 중요한 발견 다음 수십 년 에서, 현미경 검사법과 분자 생물학에 있는 어드밴스는 태아가 지금 세포와 분자 수준에서 공부될 수 있었다는 것을 의미했습니다. 1940 년대에, 살로메 Gluecksohn-Waelsch는 특정 유전자가 기관 발달을 통제할 수 있다는 것을 이해하기 위하여 모형으로 마우스를 이용했습니다. 그녀는 T-메뚜기 유전자에 있는 돌연변이를 가진 마우스가 notochord 같이 발전 신경계에 있는 중요한 구조물이 부족하다는 것을 보여주었습니다.

이 작품은 W. T. 그린누드 마우스에 실험실에서 배양 건강한 연골 세포를 이식하여 1970 년대 동안 시험관 내 조직의 생성을 조사하는 길을 포장. 비록 실패했지만, 1981년 그린의 연구 결과는 이오아니스 얀나스와 유진 벨과 같은 연구자들이 체외에서 자란 조직을 살아있는 동물로 다시 소개하는 데 도움이 되었습니다.

이제 몇 가지 역사적 하이라이트를 검토했기 때문에 오늘날 유기 발생 분야에 직면한 몇 가지 근본적인 질문을 살펴보겠습니다.

우리는 아마도 배아학자들이 묻는 가장 광범위한 질문으로 시작됩니다: 세포의 단은 어떻게 고도로 구조화된 기관으로 변합니까? 답변을 위해, 연구원은 수시로 복잡한 관 네트워크에 간단한 관의 분기와 같은 정의된 형태학 사건에 집중합니다. 한 조직에서 이러한 프로세스를 제어하는 메커니즘은 유사 구조와 다른 조직에서 사용되는 메커니즘과 유사 할 수 있습니다, 이는 연구원에게 자신의 실험을 설계하는 방법에 대한 단서를 제공합니다.

배아학자들은 또한 특정 유전자가 유기 발생을 어떻게 직접하는지에 관심이 있습니다. 몇몇은 개별적인 유전자및 그들의 제품이 세포의 크기와 모양을 통제하는 어떻게 작동하는지, 뿐만 아니라 세포가 작동하는 기관을 형성하기 위하여 신호에 생성하고 반응하는 방법에 집중합니다.

그 외는 유전자가 표현되는 때 그리고 위치를 결정하는 기계장치를 조사합니다. 전사 요인은 예를 들어, 가까운 유전자의 발현을 제어하기 위해 특정 DNA 서열에 부착되는 단백질이다. 동시에 각 특정 세포 정체성을 정의하는 유전자의 전체 세트를 조절함으로써, 전사 요인의 상대적으로 적은 수는 전체 장기의 형성을 지시 할 수 있습니다.

세포는 또한 기계적인 단서에 민감하기 때문에, 많은 과학자는 물리적 힘이 유기 발생을 안내하는 방법을 탐구합니다. 일부 사람들은 전단 응력으로 알려진 세포 표면 위로 흐르는 유체에 의해 생성되는 힘이 세포 분화에 어떻게 영향을 미치는지 살펴봅니다. 다른 조직 긴장 세포 사이 연결을 촉진 하는 방법을 고려, 근육과 뼈 같은 조직의 무결성에 대 한 중요 한.

마지막으로, 이식의 필요성을 충족시키기에 사용할 수있는 건강한 인간의 장기가 충분하지 않기 때문에 과학자들은 실험실에서 장기를 설계하는 새로운 방법을 고안하고 있습니다. 그들의 주요 목표는 비계를 만드는, 또는 3차원 조직을 지원할 수 있는 인공 구조물을 만들고, 기관 성장을 위한 조건을 최적화하는 것을 포함합니다. 예를 들어, 장기를 구성하는 데 사용되는 세포는 유전적으로 안정적으로 유지하면서 인구를 빠르게 확장할 수 있어야 합니다. 세포가 조직으로 성공적으로 조립될 때, 기관이 기능성 혈액 공급을 개발하는 것을 보장하는 것은 추가적인 도전입니다.

이제 배아학자들이 제기한 몇 가지 주요 질문에 대한 느낌을 갖게 되었으므로 답을 찾기 위해 사용하는 몇 가지 연구 도구를 살펴보겠습니다.

다양한 이미징 기술은 더 복잡한 장기로 조립되는 세포를 보는 데 사용됩니다. 운명 매핑은 개발 전반에 걸쳐 단일 세포와 자손을 추적하는 것을 포함하기 때문에 이미징에 크게 의존하는 한 가지 접근 방식입니다. 운명지도를 만들기 위해 과학자들은 형광 펩티드로 라벨을 부착하여 관심 있는 세포를 모니터링할 수 있습니다.

화상 진찰은 또한 세포 이식 및 이식 실험에서 필요합니다. 여기서, 세포는 두 유기체, 기증자 및 호스트 사이에서 이식되고, 유기체 특정 마커는 이식된 세포의 정체성 그리고 배치가 개발 기관에 그들의 기여를 결정하는 방법을 결정하기 위하여 그 때 이용됩니다.

기관 발달의 유전 통제를 검토하기 위하여는, 과학자는 조직을 개발하는 유전자 발현을 조작하기 위하여 전략의 다수가 있습니다. 예를 들어, 동물 게놈은 형질 전환 기술을 사용하여 전체 동물 또는 선택 조직에서 특정 유전자의 발현을 증가또는 감소시키기 위해 수정될 수 있다. 유전자 조작에 대한 간단한 접근을 위해, 바이러스성 변환 같이 기술은 세포의 더 작은 인구로 유전자 발현 또는 침묵 구조물을 급속하게 전달하기 위하여 수시로 이용됩니다.

개발 중 기계적 힘의 역할을 연구하기 위해 과학자들은 종종 생체 생리학을 모방하는 체외 문화 시스템으로 전환합니다. 예를 들어 유연한 기판에서 자란 세포는 성장함에 따라 늘어날 수 있습니다. 세포는 또한 전단 응을 모방하기 위하여 전문화한 미세 유체 챔버에서 수시로 성장합니다. 면역 형광 및 그밖 현미경 검사법은 그 때 조직 발달 및 세포 접촉이 어떻게 영향을 받는지 보기 위하여 이용됩니다.

조직 공학은 장기 형성에 대한 지식을 임상 치료법으로 변환하는 데 초점을 맞춘 기술이며 생물학적 비계에서 건강한 세포를 배양하는 것을 포함합니다. 스캐폴드는 세제, 염, 효소를 사용하여 조직에서 세포 물질을 제거한 다음 줄기 세포에 관심 있는 조직을 다시 채우면 생성될 수 있습니다. 대안적으로, 스캐폴드는 전기전하를 사용하여 생분해성 폴리머에서 생성될 수 있다. 어떻게 만들어지는지에 관계없이 비계는 세포로 시드되고 생물 반응기로 알려진 특수 설정의 통제 된 조건에서 배양됩니다.

이제 유기 발생을 연구하는 몇 가지 일반적인 접근 방식에 익숙해지므로 이러한 방법이 어떻게 적용되는지 살펴보겠습니다.

배아 키메라로 알려진 하나 이상의 게놈에서 세포를 포함하는 유기체는 세포 운동을 추적하는 유용한 도구입니다. 이 실험에서, 제브라피시 키메라는 형광으로 표지된 기증자 세포를 표지되지 않은 숙주 배아에 이식하여 만들어졌습니다. 이 이식은 근육과 두뇌 같이 배아 구조물의 발달에 있는 이주 그리고 세포 운명 결정의 역할을 연구하기 위하여 이용되었습니다.

특정 유전자가 기관 발달에서 하는 역할을 이해하기 위하여는, 과학자는 유전자 발현을 변경합니다. 이 실험에서, 유전자 특이적 안티센스 올리고뉴클레오티드, 모르폴리노스로 알려진, 먼저 수정 된 제브라피시 계란에 주입되었다. 다음으로, 심장 근육에서 선택적으로 발현된 형광 마커를 사용하여 심혼개발을 분석하였다. 여기서, 두 유전자의 결합 된 녹다운은 완전히 심장 발달을 차단.

조직 공학을 통해 과학자들은 다른 세포 유형 간의 상호 작용을 조사하고 시험관 내와 생체 내 연구 사이의 격차를 해소할 수 있습니다. 이 실험에서는 실험실에서 인간의 피부의 재구성이 생성되었습니다. 피부 발달뿐만 아니라 암 진행을 보기 위해 피부 줄기 세포 이동은 형광 태그 단백질을 사용하여 추적되었습니다. 피부 재건은 살아있는 시스템에서 피부 세포 운명 과 생리학을 공부하기 위하여 마우스에 그 때 이식되었습니다.

당신은 방금 조브의 유기 발생 소개를 지켜보았습니다. 이 비디오에서, 우리는 유기 발생 연구의 역사를 검토하고 배아학자에 의해 질문하는 중요한 질문을 소개했습니다. 우리는 또한 현장에서 눈에 띄는 연구 전략을 탐구하고 현재 응용 프로그램의 일부를 논의했습니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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