Entscheidende Körperfunktionen, auf die wir angewiesen sind, an die wir aber nicht bewusst denken – Dinge wie Herzfrequenz, Blutfluss, Atmung und Verdauung – werden von der neurovaskulären Einheit reguliert. Die neurovaskuläre Einheit besteht aus Blutgefäßen und glatten Muskeln unter der Kontrolle autonomer Neuronen. Wie das Nerven- und Gefäßsystem während der Entwicklung zusammenkommen, um diese Funktionen zu koordinieren, ist jedoch noch nicht gut verstanden. Unter Verwendung menschlicher embryonaler Stammzellen haben Forscher der University of California, der San Diego School of Medicine, des Moores Cancer Center und des Sanford-Burnham Medical Research Institute ein Modell entwickelt, mit dem sie das zelluläre Verh alten in den frühesten Stadien der menschlichen Entwicklung in Echtzeit verfolgen können. Das Modell zeigt erstmals, wie vegetative Neuronen und Blutgefäße zusammenkommen, um die neurovaskuläre Einheit zu bilden.
Die Studie wurde am 21. Mai von Stem Cell Reports veröffentlicht.
"Dieses neue Modell ermöglicht es uns, das Schicksal verschiedener Zelltypen während der Entwicklung zu verfolgen, da sie kooperativ zusammenarbeiten, auf eine Weise, wie wir dies in intakten Embryonen, einzelnen Zelllinien oder Mausmodellen nicht können", sagte Co- Hauptautor der Studie David Cheresh, PhD, angesehener Professor für Pathologie, stellvertretender Vorsitzender für Forschung und Entwicklung und stellvertretender Direktor für translationale Forschung an der UC San Diego. „Und wenn wir jemals Stammzellen verwenden, um neue Organsysteme zu entwickeln, müssen wir wissen, wie verschiedene Zelltypen zusammenkommen, um komplexe und funktionelle Strukturen wie die neurovaskuläre Einheit zu bilden.“
Die neurovaskuläre Einheit besteht aus drei Zelltypen: Endothelzellen, die den Blutgefäßschlauch (Gefäßschlauch) bilden; glatte Muskelzellen, die den Endothelschlauch bedecken und den Gefäßtonus steuern; und autonome Neuronen, die die Fähigkeit der glatten Muskulatur beeinflussen, sich zusammenzuziehen und den Gefäßtonus aufrechtzuerh alten.
Die Studie ergab, dass separate Signale, die von Endothelzellen und glatten Muskelzellen produziert werden, für embryonale Zellen erforderlich sind, um sich in autonome Neuronen zu differenzieren. Die Forscher entdeckten, dass Endothelzellen Stickstoffmonoxid absondern, während glatte Muskelzellen das Protein T-Cadherin verwenden, um mit der Neuralleiste zu interagieren, spezialisierten embryonalen Zellen, aus denen Teile des Nervensystems und anderer Organe entstehen. Die Kombination von Endothelzellen-Stickstoffoxid und der T-Cadherin-Wechselwirkung reicht aus, um Neuralleistenzellen dazu zu bringen, autonome Neuronen zu werden, wo sie sich dann gemeinsam mit sich entwickelnden Blutgefäßen ausrichten können.
Neben der Beantwortung langjähriger Fragen zur menschlichen Entwicklung und der Verbesserung der Chancen, dass Wissenschaftler eines Tages künstliche Organe aus Stammzellen erzeugen können, hat diese neue Erkenntnis über das autonome Nervensystem auch Auswirkungen auf seltene Erbkrankheiten wie Neurofibromatose, tuberöse Sklerose und Morbus Hirschsprung.
"Diese Beobachtungen können helfen, bestimmte menschliche Krankheitssyndrome zu erklären, bei denen Anomalien des Nervensystems aus bisher unklaren Gründen mit vaskulären Anomalien assoziiert zu sein scheinen", sagte Co-Senior-Autor Evan Snyder, MD, PhD, Professor und Direktor des Zentrums für Stammzellen und Regenerative Medizin in Sanford-Burnham. „Darüber hinaus zeigen wir hier, dass die Modellierung menschlicher Entwicklung und Krankheit im Labor mehrere Zelltypen berücksichtigen muss, um den tatsächlichen Zustand des Menschen widerzuspiegeln. Wir können uns nicht länger darauf verlassen, nur reine Populationen des einen oder anderen Zelltyps zu untersuchen.“
