由AryehWarmflash领导的莱斯大学研究小组在理解指导人类胚胎发育的过程方面取得了长足进步。该小组的研究结果发表在5月15日的《CellsSystems》杂志上。

胚胎发育是从单个受精卵到复杂生物体的旅程，是由生化信号之间复杂的相互作用精心策划的。但细胞如何解释这些信号以做出关键的发育决策背后的机制仍然难以捉摸。

“我们的论文解决了一个基本问题：这些决策如何同时由多种途径控制?”生物科学和生物工程副教授Warmflash说。

该团队包括博士后研究员、安达卢西亚发育生物学中心现任组长埃琳娜·卡马乔-阿吉拉尔(ElenaCamacho-Aguilar);SuminYoon，文化/医学人类学专业大四学生;博士生MiguelA.Ortiz-Salazar和SiqiDu;和实验室技术员M.CeciliaGuerra。他们共同将研究重点放在人类原肠胚形成上，这是细胞分化为胚胎三个胚层：外胚层、中胚层和内胚层的关键阶段。

虽然之前的研究发现原肠胚形成过程中涉及多种信号，例如骨形态发生蛋白(BMP)和无翅相关整合位点(WNT)，但细胞如何解释它们发育成不同细胞类型的确切机制仍不清楚。

为了找到答案，研究人员转向人类多能干细胞(hPSC)，它模仿原肠胚形成前的细胞状态。他们假设BMP信号的持续时间和浓度可能决定细胞命运，并设计了将hPSC暴露于不同BMP信号系统的实验。

与之前的假设相反，该研究表明，BMP信号暴露的持续时间，而不是其强度，在决定细胞命运方面起着至关重要的作用。脉冲式暴露于高BMP浓度会引发显着的变化，尤其是中胚层的变化，而持续的低水平信号则产生不太明显的结果。

这些过程的数学模型使研究人员能够预测BMP和WNT信号任意组合的命运结果。该团队构建了一个全面的“命运地图”来预测这些结果。利用这张图，研究人员设计了一种新的方案，优化与再生医学等其他领域相关的中胚层形成。

卡马乔-阿吉拉尔说：“我们的研究结果强调了了解信号动力学在指导细胞命运决策中的重要性。”“通过破译这些机制，我们可以定制可能与治疗应用相关的有效分化方案。”