独特的水稻平台帮助生物科学家了解外胚层细胞如何开始分化
在胚胎发育过程中，整个神经系统、皮肤和感觉器官从一层细胞中形成，这层细胞被称为外胚层。虽然已经有大量关于这些衍生品是如何形成的研究，但直到现在，在人类身上研究这个过程还是不可能的。
水稻科学家制作的图像显示了由于控制内源性Wnt分泌和信号传导的持续时间而导致的外胚层命运组成的变化。抑制Wnt之前或当时,BMP4治疗指导殖民地(左列)形成径向模式的神经(青色),表面外胚层(红色)和placodal(红色)的命运,而允许二级Wnt分泌指示殖民地(右列)神经嵴的形成一个环为代价(黄色)placodal命运。由Warmflash实验室提供
水稻生物科学家Aryeh Warmflash、研究生George Britton和他们的同事已经创建了一个系统，在这个系统中，所有主要的外胚层细胞类型都是在培养皿中形成的，其模式与在胚胎中看到的相似。
这项技术基于控制干细胞群的几何结构和微尺度模式，帮助他们对驱动人类外胚层模式的信号通路进行最全面的分析。
布里顿说:胚胎产生各种细胞类型的可能信号很少。我们想了解这些信号的时序，以及细胞如何及时解释它们，从而产生这种变化
莱斯大学的研究生乔治·布里顿检查了一组细胞菌落。杰夫·菲特洛拍摄
他们的研究发表在《发展》杂志的一篇重点文章中，同时也发表了一篇对研究人员的长篇采访。
它揭示了两种信号通路之间的平衡，即BMP和Wnt，都是关键的，甚至在外胚层中当它们协调模式时也有一定的适应性。他们使用的逻辑最终驱使外胚层细胞走向他们的命运，但研究表明，他们可以走不止一条路到达那里。
布里顿说，这些微图案板以及对信号通路如何工作的更好理解，使它们能够在一开始就操纵干细胞菌落形成不同寻常的图案，但最终它们似乎总是会聚在同一个地方。他说:“我们发现，到达同一模式的信号有不同的轨迹。
这说明干细胞发育成神经元、神经嵴细胞、神经源性基板细胞和表皮细胞的系统是相当健壮的。
“布里顿说:“很多人对指导神经嵴形成的转录因子网络很感兴趣，所以这是一个强大的系统，它可以分析形成这种逻辑的信号。”“那是我们觉得对这个领域有贡献的一件事。
他说，还有一种观点认为，细胞有能力解释BMP和Wnt的相对水平，从而结合适当的命运决定。“在胚胎中，细胞在信号和与之接触的配体也在移动的空间中移动了相当多的距离。可能是细胞通过读取相对水平来确定某种特定的命运
研究人员观察到，BMP和Wnt信号的相对活性决定了cells’成为神经嵴或胎盘细胞的决定，而BMP单独启动和控制外胚层的大小，所有这一切都发生在头四天左右。
微图案板包含多个胚胎细胞群。Rice开发的平板允许研究人员在菌落生长时观察和操作它们，以确定信号通路如何帮助细胞分化。杰夫·菲特洛拍摄
从细胞开始做出决定的意义上来说，“4d是正确的:‘I’m将是胎盘细胞，I’m将是神经嵴细胞，I’m将是神经命运，I’m将是表皮命运，”布里顿说。
“我们看到大约在BMP治疗后一两天。但他说，很难确定这些是否是最终的图案。“We’d必须做更仔细的观察，以确保这些胎盘细胞不会变成神经嵴细胞，反之亦然。这将给我们关于这些血统和命运如何进入最后模式的信息，可能在第6天或第7天
他说，未来的研究将进一步完善他们对信号模式如何工作的理解，以及所有细菌层的发育如何相互协作。
到目前为止，人类干细胞向外胚层命运分化的研究主要是关于如何使培养皿中的所有细胞成为一种特定的细胞类型;例如，如何做一个充满神经元的盘子，” Warmflash说。我们感兴趣的是一个不同的问题:细胞如何相互作用，形成不同细胞命运的模式?我们开发的系统在胚胎之外就能做到这一点，这使我们能够着手解决这个问题
这篇论文的共同作者是莱斯大学的校友Idse Heemskerk，现在在密歇根大学医学院，和Rachel Hodge，现在在加州大学洛杉矶分校;以及德克萨斯大学圣安东尼奥分校(University of Texas at San Antonio)生物医学工程副教授阿米娜?沃姆弗莱斯是生物科学和生物工程的助理教授。
国家卫生研究院，通过国家普通医学科学研究所;国家科学基金会、德州癌症预防与研究所、德州大学之星计划和西蒙斯基金会都支持这项研究。
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