Ein neuer Zellatlas enthüllt erstmals, wie das Skelett eines menschlichen Embryos entsteht und reguliert wird. Dadurch kann man genau verfolgen, in welcher Reihenfolge und durch welche Gene und Wechselwirkungen sich die Knochen des ungeborenen Kindes entwickeln.
Der Ursprung menschlichen Lebens liegt in einer einzigen befruchteten Eizelle geworden. Aus ihr bilden sich im Leib der Mutter sämtliche Zelltypen, Gewebe und Organe. Doch wie dieser wunderbare Akt der Schöpfung abläuft, war bis jetzt nur in Teilen geklärt.
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Doch nun ist Wissenschaftlern um Ken To vom Wellcome Sanger Institute in Großbritannien im Rahmen des internationalen Großprojekts „Human Cell Atlas“ ein Meilenstein in der Erforschung der embryonalen Entwicklung gelungen.
Ziel dieses internationalen Projekts ist es, alle Gewebe und Organe des menschlichen Körpers bis auf die Ebene der einzelnen Zellen, ihrer Gene und Genaktivität zu kartieren. Die Forscher haben nun erstmals die Skelettbildung des menschlichen Embryos entschlüsselt.
Für jede einzelne Zelle in den Bildungsorten des kindlichen Skeletts und Schädels bestimmten sie die Gene, ihre Aktivität in Form der Boten-RNA sowie die epigenetischen Anhänge an der DNA der Zellen.
Herausgekommen ist eine „Blaupause“ der menschlichen Skelettbildung. „Es gibt unzählige Prozesse, die während der Entwicklung des menschlichen Skeletts und der Gelenke zusammenwirken. Unsere Forschung hat nun die Zelltypen und Mechanismen charakterisiert, die an der Bildung der Gliedmaßen und des Schädels beteiligt sind“, erklärt To.
Es zeigte sich, dass sich die menschlichen Knochen sechs bis acht Wochen nach der Befruchtung zu bilden beginnen. „Etwa zu der Zeit, in der aus dem Embryo der Fötus wird“, berichten die Forscher. Zunächst dienen Knorpelzellen in den Gliedmaßen als „Wegweiser“ und Gerüst für die Knochen. Ab der achten Schwangerschaftswoche werden diese Knorpelgerüste nach und nach durch Knochengewebe ersetzt.
Schädel Der Schädel des Embryo durchläuft eine besondere Entwicklung. Hier vermehren sich knochenbildende Zellen . „Diese Knochenvorläufer tauchen an den gegenüberliegenden Grenzen der späteren Stirn- und Scheitelknochen auf“, berichten die Forscher.
Danach sorgt eine spezifische Genaktivität dafür, dass die einzelnen Schädelplatten allmählich verknöchern, die Schädelnähte dabei aber weich und unverknöchert bleiben. Weil dieser Mechanismus bei einigen Ungeborenen nicht korrekt funktioniert, kann ihr sich nicht richtig entwickeln.
„Der Atlas hat enormes Potenzial, um zu verstehen, wie sich unsere Knochen bilden und wie wir Störungen dieses Wachstums besser behandeln können“, erläutert Koautor Jan Patrick Pett vom Wellcome Sanger Institute in Cambridge. „Dank dieser Blaupause der Knochenbildung können wir zudem Knochen und Knorpel künftig effizienter im Labor züchten, was ein enormes therapeutisches Potenzial hat.“
