Mózg może powstać z dwóch niezależnych linii komórkowych: badania zmieniają wiedzę na temat wczesnego rozwoju układu nerwowego

Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda i innych amerykańskich ośrodków badawczych przedstawili dane podważające jeden z fundamentalnych modeli rozwoju mózgu. Według badania opublikowanego 18 września 2026 roku w czasopiśmie „Nature Neuroscience”, przodomózgowie, śródmózgowie i tyłomózgowie mogą powstawać nie z jednego wspólnego prekursora neuronalnego, lecz z dwóch odrębnych populacji komórek, które powstają równolegle podczas gastrulacji.

Naukowcy nazwali te populacje przednim i tylnym ektodermą nerwową. Z pierwszego powstaje przede wszystkim przodomózgowie i śródmózgowie, z drugiego zaś tyłomózgowie. Co więcej, eksperymenty pokazują, że komórki te bardzo wcześnie nabywają „losu” i słabo przechodzą z jednej ścieżki rozwojowej do drugiej.

Popularny raport Stanford Medicine opisał ten wynik w uderzający sposób: ludzki mózg można postrzegać jako dwie starożytne struktury neuronalne połączone w jedną. Jednak artykuł naukowy formułuje swoje wnioski ostrożniej: autorzy proponują traktowanie mózgu jako złożonego organu, pochodzącego z dwóch ograniczonych genetycznie komórek progenitorowych – dwóch rodzajów komórek prekursorowych o ograniczonym losie. Zatem nie chodzi dosłownie o „dwa mózgi” u ludzi, ale raczej o dwie odrębne ścieżki embrionalne budowy współczesnego mózgu.

Praca ma nie tylko fundamentalne znaczenie. Wykorzystując nową mapę rozwoju, naukowcy byli w stanie wygenerować neurony ruchowe z ludzkich pluripotentnych komórek macierzystych w określonych obszarach tyłomózgowia, których niezawodna hodowla w warunkach laboratoryjnych była wcześniej szczególnie trudna. Takie modele mogłyby potencjalnie ułatwić badanie chorób atakujących pień mózgu i jego neurony ruchowe, w tym rdzeniowego zaniku mięśni i stwardnienia zanikowego bocznego.

Główne pytanie badania	Co wykazały eksperymenty
Czy istnieje pojedynczy prekursor całego mózgu?	Dane potwierdzają model dwóch równoległych poprzedników.
Przedni ektoderm nerwowy	Daje początek przodomózgowiu i śródmózgowiu
Tylny ektoderm nerwowy	Daje początek głównie tyłomózgowiu
Kluczowe wskaźniki	OTX2 i GBX2
Kiedy następuje podział	Już w trakcie gastrulacji
Model zwierzęcy	Śledzenie genetyczne komórek myszy
Model ludzki	Komórki macierzyste pluripotentne in vitro
Dodatkowy wynik	Pozyskiwanie neuronów ruchowych z rombomerów 5-6 tylnego mózgu
Skala ewolucyjna	Możliwe, że mechanizm ten przetrwa co najmniej ~550 milionów lat.

[1]

Stary model zakładał istnienie jednego źródła dla całego mózgu.

Tradycyjny, uproszczony model wczesnego rozwoju zakładał, że początkowo pojawia się stosunkowo zunifikowana populacja neuronalnych komórek progenitorowych, a następnie, pod wpływem zewnętrznych sygnałów molekularnych, stopniowo rozdziela się ona na komórki przodomózgowia, śródmózgowia, tyłomózgowia i rdzenia kręgowego. Innymi słowy, tożsamość regionalna została uznana za nabycie stosunkowo późne.

Jednak wczesny układ nerwowy rozwija się niezwykle szybko. Podczas gastrulacji zarodek przekształca się ze stosunkowo prostej struktury w organizm z głównymi osiami ciała i listkami zarodkowymi. Część ektodermy staje się ektodermą nerwową, z której następnie rozwija się układ nerwowy. To właśnie na tym bardzo wczesnym etapie zespół Kyle'a Loha postanowił zbadać możliwą dywergencję linii komórkowych.

W badaniu zarodków myszy naukowcy odkryli dwie przestrzennie i molekularnie odrębne grupy komórek SOX2-dodatnich. Jedna z nich ekspresjonowała Otx2, druga Gbx2. Autorzy określili je odpowiednio jako przedni i tylny ektoderm nerwowy. Powstały one niemal równolegle i zajmowały pozycje odpowiadające przyszłym przednim i tylnym obszarom śródmózgowia.

Co istotne, nastąpiło to jeszcze przed pojawieniem się dobrze ukształtowanych obszarów mózgu. Zatem różnice między przyszłym przodomózgowiem a tyłomózgowiem mogą zostać ustalone znacznie wcześniej, niż sugerowałby prosty model sekwencyjnej regionalizacji pojedynczego prekursora neuronalnego.

Model	Jakiego rozwoju się oczekuje?
Klasyczny uproszczony	Jeden wspólny przodek neuronalny → późniejszy podział na regiony
Nowy model	Już w trakcie gastrulacji powstają dwie równoległe linie nerwowe
Linia OTX2	Przodomózgowie + śródmózgowie
Linia GBX2	móżdżek
Główna różnica	Losy regionalne ustalają się znacznie wcześniej

[2]

Etykiety komórek wykazały, że te dwie linie prawie w ogóle się nie mieszają.

Aby sprawdzić, czy te komórki rzeczywiście mają odrębne losy, naukowcy wykorzystali śledzenie linii genetycznej u myszy. W przypadku tylnej ektodermy nerwowej zastosowali system, który pozwalał im na krótkie znakowanie komórek z ekspresją Gbx2 białkiem fluorescencyjnym tdTomato, a następnie obserwowanie migracji ich potomstwa w miarę rozwoju zarodka.

Oznakowane komórki tylnego ektodermy nerwowej Gbx2-dodatniej zostały następnie wykryte w tyłomózgowiu, ale były praktycznie nieobecne w przodomózgowiu i śródmózgowiu Otx2-dodatnim. Ten rozkład utrzymywał się nie tylko bezpośrednio po gastrulacji, ale także na znacznie późniejszych etapach rozwoju embrionalnego.

W dodatkowym eksperymencie naukowcy wykorzystali system Sox2-CreER/Confetti, który znakuje poszczególne wczesne komórki nerwowe różnymi znacznikami fluorescencyjnymi. Przeanalizowano łącznie 494 klastry komórek pochodzące z 16 zarodków myszy. Klony prawie zawsze trafiały do przyszłego przodomózgowia/śródmózgowia lub tyłomózgowia, co potwierdza istnienie wczesnej dywergencji linii komórkowych.

Samo śledzenie linii komórkowych ujawnia, co dzieje się z komórkami w normalnym zarodku, ale nie dowodzi, że komórki są fizycznie niezdolne do zmiany swojego losu. Dlatego autorzy uzupełnili swoje eksperymenty o model ludzkich pluripotentnych komórek macierzystych, w którym mogli celowo wystawiać przednie i tylne komórki progenitorowe na „nieprawidłowe” sygnały i sprawdzać, czy można zmienić ich tożsamość.

Metoda	Zadanie
Gbx2-CreER + tdTomato	Narysuj potomków tylnego ektodermy nerwowej
Sox2-CreER + Konfetti	Śledzenie losów pojedynczych wczesnych komórek nerwowych
Przeanalizowano	494 skupiska komórek z 16 zarodków
Obserwacja	Potomstwo pozostawało głównie w przedniej lub tylnej części ciała
Dodatkowa weryfikacja	Zmiana sygnałów różnicowania ludzkich komórek macierzystych

[3]

Ludzkie komórki macierzyste pomagają odtworzyć podział mózgu w szalce Petriego

Kolejnym krokiem była symulacja pierwszych etapów rozwoju człowieka. Pluripotencjalne komórki macierzyste zostały najpierw przekształcone we wczesną ektodermę, po czym, wykorzystując kombinację cząsteczek sygnałowych, naukowcy uzyskali przednią lub tylną ektodermę nerwową. W ciągu około dwóch dni od różnicowania wyłoniły się komórki o wyraźnie odmiennych cechach molekularnych.

Do wygenerowania przedniej ektodermy nerwowej wykorzystano kombinację sygnałów hamujących kilka kluczowych szlaków rozwojowych. Aby wygenerować tylną ektodermę nerwową z ekspresją GBX2, naukowcy odkryli szczególnie ważne połączenie aktywacji FGF i kwasu retinowego z jednoczesną supresją sygnalizacji BMP, TGF-β i WNT. Same FGF lub kwas retinowy były niewystarczające do pełnego ukształtowania tożsamości tylnej.

Wynik ten był nieoczekiwany, biorąc pod uwagę niektóre wcześniejsze protokoły laboratoryjne. Silna aktywacja WNT była często wykorzystywana do „posterioryzacji” komórek nerwowych, ale nowe badania pokazują, że taki sygnał może kierować komórki dalej w kierunku tylnym – w kierunku rdzenia kręgowego lub progenitorów neuromezodermalnych – zamiast kształtować pożądany program wczesnego rozwoju tyłomózgowia.

Następnie przednim i tylnym komórkom nerwowym celowo przekazano sygnały, które normalnie spowodowałyby ich odmienny los regionalny. Jednakże przednia ektoderma nerwowa zachowała preferencję dla przodomózgowia/śródmózgowia, podczas gdy tylna ektoderma nerwowa faworyzowała tyłomózgowie. Autorzy uważają zatem, że na tym etapie komórki osiągnęły już liniową akceptację, co oznacza, że ich potencjalny zakres dalszego rozwoju jest znacznie ograniczony.

Jakie sygnały kierują wczesnym ektodermem nerwowym?

linia komórkowa	Główny przyszły obszar	Znaki charakterystyczne
Przedni ektoderm nerwowy	Przodomózgowie/śródmózgowie	OTX2
Tylny ektoderm nerwowy	móżdżek	GBX2
Do tworzenia pNE	Sygnał FGF + retinoid	Razem są one niezbędne do ukształtowania tożsamości tylnej.
BMP/TGF-β	Zostały stłumione	Ułatwianie wyboru szlaku neuronowego
WNT we wczesnym pNE	Zduszony	Silna aktywacja może przesunąć komórki w kierunku bardziej ogonowego, rdzeniowego programu

[4]

„Pamięć” przyszłego mózgu jest już zapisana w strukturze chromatyny.

Los genetyczny komórki zależy nie tylko od tego, które geny są aktywne w danym momencie. Kluczowy jest również stan chromatyny – kompleksu DNA i białek, który decyduje o tym, które regiony genomu są dostępne dla maszynerii komórkowej, a które pozostają względnie zamknięte. Dwie komórki mogą zawierać praktycznie tę samą sekwencję DNA, ale wykorzystywać zupełnie różne zestawy genów ze względu na odmienną organizację chromatyny.

Autorzy zbadali dostępność chromatyny w przedniej i tylnej części neuronów ektodermy za pomocą OmniATAC-seq i porównali dane z profilami ekspresji genów. Już na bardzo wczesnym etapie istniały liczne różnice w dostępności regionów regulatorowych genomu między tymi dwoma typami komórek.

Co więcej, różnice te przewidywały przyszły los komórek. W przedniej ektodermie nerwowej regiony regulatorowe związane z formowaniem przodomózgowia były bardziej dostępne, podczas gdy komórki tylne wykazywały architekturę chromatyny zgodną z późniejszym rozwojem tyłomózgowia. Motywy wiążące czynniki transkrypcyjne również się różniły.

Zatem rozdział obu linii okazał się głębszy niż tylko tymczasowa aktywacja genów markerowych OTX2 i GBX2. Komórki były już epigenetycznie przygotowane do różnych szlaków rozwojowych. Autorzy porównują to do dwóch równoległych szlaków: sygnały zewnętrzne mogą regulować ruch w obrębie każdego szlaku, ale przełączanie się z jednego na drugi staje się znacznie trudniejsze.

Poziom różnic	Przedni i tylny ektoderm nerwowy
Geny markerowe	OTX2 kontra GBX2
Ekspresja genu	Różne profile transkrypcyjne
Chromatyna	Różna dostępność witryn regulacyjnych
Czynniki transkrypcyjne	Różnorodne wzbogacone motywy
Reakcja na sygnały	Ograniczona zdolność do przejścia do przeciwnego losu
Wynik	Tożsamość regionalna kształtuje się bardzo wcześnie

[5]

Dzięki nowej metodzie po raz pierwszy możliwe stało się wiarygodne wykrycie określonych neuronów w tylnej części mózgu.

Praktyczna wartość odkrycia stała się szczególnie widoczna, gdy naukowcy próbowali wykorzystać tę metodę do uzyskania dojrzałych ludzkich neuronów. Wcześniej naukowcy odnosili spore sukcesy w tworzeniu w hodowlach wielu rodzajów neuronów przodomózgowia i śródmózgowia, ale niektóre komórki tyłomózgowia były słabo produkowane lub miały mieszane tożsamości regionalne.

Autorzy postawili hipotezę, że problem może leżeć u samego początku. Jeśli badacz najpierw utworzy przedni progenitor neuronalny, a następnie spróbuje przekształcić go w tylny z późnymi sygnałami, komórka może być już zbyt mocno związana z programem przednim. Dlatego zespół rozpoczął badania bezpośrednio od tylnej ektodermy neuronalnej.

W ten sposób naukowcom udało się sekwencyjnie uzyskać komórki tyłomózgowia, a następnie neurony ruchowe z rombomerów 5 i 6. Rombomery to tymczasowe segmenty embrionalnego tyłomózgowia, z których powstają określone jądra i obwody neuronalne pnia mózgu. Powstałe komórki wykazywały ekspresję charakterystycznych białek regionalnych i wykazywały potencjały czynnościowe, co wskazuje na funkcjonalne dojrzewanie neuronów.

Obszary te są szczególnie interesujące dla badań neuronów kontrolujących mięśnie twarzy i gardła oraz inne funkcje motoryczne. Możliwość uzyskania stosunkowo dobrze zdefiniowanych komórek tylnego mózgu w laboratorium mogłaby udoskonalić modele komórkowe chorób, w których odpowiadające im neurony ulegają uszkodzeniu lub zniszczeniu.

Co uzyskano z ludzkich komórek macierzystych?

Scena	Powstałe komórki
Komórka macierzysta pluripotentna	Stan początkowy
Wczesny ektoderm	Ogólny etap pośredni
Tylny ektoderm nerwowy	Progenitor tylnego mózgu GBX2-pozytywny
Progenitor tylnego mózgu	Prekursor zdefiniowany regionalnie
Rombometrzy 5-6	Specyficzny obszar tylnego mózgu
Wynik końcowy	Funkcjonalne neurony ruchowe
Kontrola funkcji	Generowanie potencjałów czynnościowych

[6]

Dlaczego wynik jest ważny dla badań nad SLA i rdzeniowym zanikiem mięśni

Struktury tyłomózgowia i pnia mózgu zapewniają funkcje niezbędne do życia: regulację oddychania, czynności serca, snu i szeregu innych procesów automatycznych. Jądra ruchowe mózgu uczestniczą również w kontrolowaniu mięśni połykania, języka, twarzy i gardła.

Rdzeniowy zanik mięśni i stwardnienie zanikowe boczne mogą wpływać na neurony ruchowe, w tym te odpowiedzialne za połykanie i oddychanie. W późnych stadiach staje się to jednym z najgroźniejszych elementów choroby. Jednak badanie żywych ludzkich neuronów pnia mózgu bezpośrednio u pacjentów jest praktycznie niemożliwe.

Dlatego modele komórkowe oparte na pluripotentnych komórkach macierzystych pozwalają nam badać rozwój procesów patologicznych w laboratorium: na przykład porównywać komórki z mutacją i bez niej, analizować zmiany w ekspresji genów czy testować potencjalne metody leczenia. Im dokładniej komórka laboratoryjna odpowiada rzeczywistemu neuronowi w określonym obszarze mózgu, tym bardziej informatywny staje się potencjalnie taki model.

Jednak obecne badanie nie stanowi metody leczenia SLA ani rdzeniowego zaniku mięśni, ani nie demonstruje możliwości przeszczepu powstałych neuronów pacjentom. Jego bezpośrednim osiągnięciem jest bardziej precyzyjna metoda generowania specyficznych komórek tyłomózgowia in vitro. Jeśli pojawią się zastosowania kliniczne, będą one wymagały znacznie więcej badań.

Możliwe zastosowanie	Co oferuje nowa praca?
BAS	Dokładniejsze modele wrażliwych neuronów tylnego mózgu
Rdzeniowy zanik mięśni	Możliwość badania neuronów ruchowych pochodzenia ludzkiego
Zaburzenia połykania	Model odpowiednich obwodów silnika
Badania rozwojowe	Możliwość osobnego studiowania linii frontu i linii tylnej
Testy narkotykowe	Potencjalna platforma komórkowa
Leczenie pacjentów	Jeszcze nie zademonstrowano

Podział ten może być starszy niż kręgowce

Kolejny nietypowy wynik badania dotyczy ewolucji. Autorzy zbadali wczesne struktury embrionalne u kilku bardzo odległych grup zwierząt i znaleźli dowody na porównywalny podział ektodermy przednio-tylnej u myszy, ptaków, ryb i półstrunowców. W szczególności przeanalizowali żołędziowca, zwierzę morskie o budowie zewnętrznej niezwykle odmiennej od człowieka.

Hemistrunowate i kręgowce mają wspólnego przodka, który żył ponad pół miliarda lat temu. Dlatego podobna organizacja wczesnych populacji komórek przednich i tylnych sugeruje, że ta zasada separacji powstała około 550-600 milionów lat temu, przed pojawieniem się kręgowców, a być może nawet przed powstaniem strunowców.

Autorzy proponują intrygującą interpretację ewolucyjną: współczesny przodomózgowie i tylne obszary mózgu mogły wyewoluować z pradawnych systemów neuronalnych lub programów rozwojowych, które początkowo były znacznie bardziej niezależne, a później, w toku ewolucji, uległy integracji przestrzennej. Hipoteza ta opiera się na porównawczej biologii rozwoju, a nie na bezpośredniej obserwacji, jak dwa pradawne narządy dosłownie się „połączyły”.

To właśnie tutaj popularna koncepcja „dwóch mózgów” wymaga największej ostrożności. Badanie przekonująco dowodzi istnienia dwóch odrębnych wczesnych linii rozwojowych, ale pytanie, czy rzeczywiście istniały one kiedyś jako dwa funkcjonalnie odrębne narządy u wspólnego przodka, jest kwestią rekonstrukcji ewolucyjnej. Sami autorzy formułują to jako model i uważają, że te dwie linie mogły być ewolucyjnie konserwowane przez około 550 milionów lat.

Dane ewolucyjne

Organizm/grupa	Dlaczego jest to ważne dla badań?
Mysz	Śledzenie genetyczne linii komórkowych
Człowiek	Komórki macierzyste pluripotentne
Kurczak	Analiza porównawcza rozwoju embrionalnego
Danio rerio	Sprawdzanie integralności mechanizmu u ryb
Robak żołądź	Przedstawiciel półstrunowców
Interpretacja ewolucyjna	Podział ten może istnieć od ≥550 milionów lat

[7]

Co badanie faktycznie udowodniło, a czego jeszcze nie udowodniło

Najważniejszym elementem badania było śledzenie genetyczne komórek u myszy. Naukowcy bezpośrednio znakowali wczesne komórki i obserwowali, gdzie trafiają ich potomkowie. To podejście dostarcza znacznie bardziej wiarygodnych informacji o pochodzeniu tkanek niż proste porównanie ekspresji kilku genów. Dodatkowe eksperymenty z komórkami macierzystymi potwierdziły hipotezę o wczesnym losie komórek.

Jednakże w badaniu nie przeprowadzono bezpośredniego śledzenia linii komórkowych rozwijającego się ludzkiego zarodka. Wnioski dotyczące rozwoju człowieka opierają się przede wszystkim na różnicowaniu ludzkich pluripotentnych komórek macierzystych i porównaniu ich programów molekularnych z modelami embrionalnymi. Dlatego wciąż nie wiadomo, jak dokładnie system in vitro odtwarza wszystkie etapy wczesnego rozwoju ludzkiego mózgu.

Co więcej, brak możliwości przekształcenia jednego rodzaju prekursora w inny w zastosowanych warunkach nie implikuje absolutnej biologicznej niemożności takiej transformacji. Teoretycznie, inna kombinacja czynników lub interwencja eksperymentalna mogłaby umożliwić przeprogramowanie komórek. Autorzy mówią zatem o ograniczeniu i zaangażowaniu linii komórkowej w kontekście uzyskanych danych, a nie o nieodwracalności w każdych możliwych warunkach.

Wreszcie, Uniwersytet Stanforda odnotował złożone wnioski patentowe dotyczące technologii różnicowania neuronowego, w których kilku autorów badania zostało wymienionych jako wynalazcy. Nie podważa to ustaleń badania, ale stanowi istotne ujawnienie potencjalnych konfliktów interesów przy ocenie przyszłych komercyjnych zastosowań tej technologii.

Co jest pokazane całkiem przekonująco	Co pozostaje hipotezą lub wymaga potwierdzenia
U myszy występują dwie wczesne linie neuronalne.	Dokładna organizacja tych linii in vivo u ludzi
Prekursory Gbx2 dają początek tylnemu mózgowi	Absolutnie nie da się ich przeprogramować.
Ludzkie komórki PSC mogą odtwarzać dwa programy	Jak wiernie kultura odzwierciedla zarodek?
Obie linie mają różną chromatynę	Wszystkie molekularne przyczyny podziału
Możliwe jest uzyskanie neuronów ruchowych tylnego mózgu	Skuteczność kliniczna takich komórek
Podobną zasadę można zaobserwować u gatunków odległych.	Dosłowne istnienie dwóch odrębnych starożytnych „mózgów”

Co zmienia ta praca?

Do tej pory tworzenie konkretnego neuronu z komórki macierzystej często postrzegano jako kwestię doboru odpowiednich czynników na końcowym etapie różnicowania. Nowe badania pokazują, że błędy mogą pojawić się znacznie wcześniej: jeśli komórka przeszła już przez „niewłaściwy” wczesny progenitor neuronalny, późniejsza ekspozycja na odpowiednie czynniki może okazać się niewystarczająca.

To sprawia, że wczesna embriologia ma praktyczne znaczenie dla biologii komórki. Aby wiarygodnie uzyskać konkretny typ komórek tyłomózgowia, naukowcy mogą najpierw musieć odtworzyć tylną ektodermę nerwową, zamiast tworzyć uniwersalny „prekursor nerwowy” i dopiero potem próbować nadać pożądaną tożsamość regionalną.

Na poziomie fundamentalnym badanie przedstawia inny obraz formowania się mózgu: jego główne obszary przednie i tylne zaczynają rozchodzić się wzdłuż swoich trajektorii niemal od samego początku rozwoju neuronalnego. Różnice są widoczne jednocześnie w losie komórek, aktywności genów i strukturze dostępnej chromatyny.

Dlatego główny wniosek z badania najlepiej sformułować nie jako sensacyjne stwierdzenie „ludzie mają dwa mózgi”, ale bardziej precyzyjnie: mózg pojedynczego dorosłego człowieka prawdopodobnie składa się z dwóch niezwykle starych, odrębnych programów komórkowych już na wczesnych etapach rozwoju. Jeśli wyniki te potwierdzą dalsze badania nad rozwojem człowieka, model ten może stać się ważnym elementem nowego rozumienia rozwoju ośrodkowego układu nerwowego.

Źródło wiadomości

Jokhai RT, Dundes CE, Ahsan HS, Kang RS, Salomon-Shulman REA, Rajan A i in. Dwa równoległe neurony ektodermy progenitorowe przyczyniają się do rozwoju mózgu. Nature Neuroscience. Opublikowano 18 września 2026 r. DOI: 10.1038/s41593-026-02433-7.

Badanie zostało poddane recenzji naukowej; artykuł wpłynął do redakcji 7 listopada 2025 r., został zaakceptowany 30 lipca 2026 r., a jego pełna wersja została opublikowana 18 września 2026 r. Autorzy zdeponowali surowe dane RNA-seq, RNA-seq pojedynczych komórek i OmniATAC-seq w systemie Gene Expression Omnibus i udostępnili kod analizy osobno.