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May 26, 2024

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Scientific Reports volume 13、記事番号: 263 (2023) この記事を引用 1404 アクセス数 3 引用数 1 オルトメトリクスの詳細 神経管閉鎖 (NTC) は、胚発生の複雑なプロセスです

Scientific Reports volume 13、記事番号: 263 (2023) この記事を引用

1404 アクセス

3 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

神経管閉鎖（NTC）は、分子、細胞、生体力学的メカニズムが関与する胚発生の複雑なプロセスです。 遺伝的要因と生化学的シグナル伝達は広く研究されていますが、組織生体力学の役割はツールが不足しているため、ほとんど解明されていないままです。 ここでは、胚が神経形成を経験しているときに神経板組織のタイムラプス機械イメージングを実行できる光学モダリティを開発しました。 この技術は、共焦点ブリルアン顕微鏡とオンステージ保育器を使用した改良型鶏胚の体外培養の組み合わせに基づいています。 この技術により、生きた胚による神経板組織の機械的進化を初めて捉えました。 具体的には、我々は、卵外培養胚のNTC中に神経板の組織係数の継続的な増加を観察しました。これは、卵内培養のデータおよび以前の研究と一致しています。 さらに、組織の弾性率の増加は、組織の肥厚および屈曲と高度に相関していることがわかりました。 私たちは、この非接触かつラベルフリーの技術が、胚発生における生体力学的メカニズムを理解する新たな機会を開くものと予測しています。

神経管閉鎖術（NTC）は、脊椎動物の神経形成の中心的な処置であり、平面状の神経板を持ち上げて融合させて中空の神経管を形成します。 この手順を失敗すると、重度の神経管欠損症が発生する可能性があり、これはヒトの先天性欠損症の中で最も一般的なものの 1 つです1。 NTC を導く遺伝的および分子的プロセスは、何十年にもわたって広範に研究されてきました 2,3,4。 一方で、NTC に関与する可能性のある生体力学的メカニズムは、近年ますます注目を集めています 5,6,7。 細胞および組織レベルでは、神経管の形態形成は、発生した力と胚組織の機械的抵抗との間の相互作用の結果として考えることができます8,9。神経管の閉鎖が成功するには、固有の力が弾性特性に依存する反対側の組織張力を克服します。 そのため、組織の生体力学の変化は閉鎖不全を引き起こし、ひいては神経管の形成異常を引き起こす可能性があります10。 NTC 処置中の力の生成と組織の機械的変化は実験で観察されていますが 10、11、12、堅牢な神経形成を確保するための特定の生体力学的プロセスの定量的な寄与はほとんど不明のままです。 主な理由の 1 つは、胚の発育中に神経板組織の生体力学をその場でリアルタイムにマッピングできるツールが不足していることです。

胚組織の機械的特性を定量化するために多くの重要な技術 13 が開発されており、これらはおおよそ 3 つのカテゴリに分類できます。 (1) 原子間力顕微鏡 (AFM) 14、15 またはマイクロカンチレバー 11、16、17 ベースのくぼみなどの接触ベースの技術見かけのヤング率を nm から µm スケールで測定するためのマイクロピペット吸引、組織張力を µm スケールで測定するため 18、組織の引張試験を ~ mm スケールで測定する 19。 接触ベースの技術は、準静的または低周波条件で組織の粘弾性特性を直接定量化できますが、サンプルに物理的にアクセスする必要があり、測定中にサンプルを変形させるために力を加える必要があります。 神経管組織は 3D で不規則な形状をしており、機械的に相互接続されているため、明確な機械的テストには通常、分離外植片が必要です。 (2) 光学/磁気ピンセット 20、21 および微小液滴 22 を含む、ビーズ/液滴ベースのセンサー。 光/磁気ピンセットは力で駆動される硬質ビーズ (直径約 µm) を使用して局所組織のレオロジー特性を感知し、微小液滴は変形可能な液滴 (直径 4 ～ 80 µm) を使用して組織の応力を定量化します。 これらのセンサーは、注意深くキャリブレーションした後、細胞内または細胞の分解能で機械的特性を定量的に測定できます。 ただし、ビーズまたは液滴を組織に注入する必要があるため、侵襲的でスループットが低くなります。 (3) 組織の切除/解剖。 この方法では、超高速パルスレーザービーム 10 またはブレード 23 を使用して組織の一部を解剖し、緩和応答に基づいて組織の張力を評価します。 これはセットアップが簡単なため、魅力的なテクニックです。 ただし、3D では胚組織が機械的に接続されているため、この方法では主に比較的大規模なスケール (~ 100 μm ～ ~ mm サイズ) での全体的な評価が提供されます。 要約すると、既存の方法は、異なる空間的および時間的スケールで細胞および組織の機械的特性のさまざまな側面を定量化でき、胚組織の生体力学の評価を大幅に進歩させました。 しかし、技術的な限界のため、生きた胚におけるNTC処置中の神経板組織のその場での機械的マッピングは報告されていない。