Tak powstaje serce. Naukowcy zarejestrowali obraz 3D

Pierwszy taki materiał. Powstał trójwymiarowy film poklatkowy

Wykorzystując tzw. mikroskopię warstwową, w której za pomocą cienkich wiązek światła można obserwować trójwymiarowe szczegóły żywych tkanek bez ich uszkadzania, biolodzy z University College London prześledzili ruch i podziały pojedynczych komórek tworzących mysie serce. Obserwacje te przeprowadzili w krytycznym momencie, kiedy zarodek przechodził przez etap zwany gastrulacją. Gastrulacja to proces, w którym komórki dopiero zaczynają się specjalizować i organizować w podstawowe struktury organizmu, w tym właśnie serce. U ludzi do powstawania serca dochodzi już w drugim tygodniu ciąży. Pozwoliło to badaczom zrozumieć komórkowe pochodzenie serca.

- To pierwszy raz, gdy mogliśmy obserwować komórki serca z tak bliska i przez tak długi czas, podczas rozwoju ssaka. Najpierw musieliśmy nauczyć się hodować zarodki w naczyniu przez dłuższy okres - od kilku godzin do kilku dni - a to, co odkryliśmy, było całkowicie nieoczekiwane - mówi Kenzo Ivanovitch, autor badania opisanego na łamach magazynu "The EMBO Journal". Jego zespół użył fluorescencyjnych znaczników, aby oznaczyć komórki mięśnia sercowego (zwane kardiomiocytami), dzięki czemu świeciły one w różnych kolorach. W połączeniu z mikroskopią pozwoliło to naukowcom stworzyć szczegółowy film poklatkowy. Ujęcia były rejestrowane co dwie minuty przez 40 godzin, dając obrazy o niespotykanej dotąd rozdzielczości przestrzennej.

Komórkowe "drzewo genealogiczne"

Uzyskany materiał filmowy pokazał, jak komórki się przemieszczają, dzielą się i tworzą pierwsze elementy zarodka, takie jak serce. Rozwój każdego świecącego kardiomiocytu można było prześledzić wstecz, do wcześniejszych komórek, co pozwoliło naukowcom stworzyć komórkowe "drzewo genealogiczne". Dzięki temu mogli dokładnie zobaczyć, kiedy i gdzie w zarodku pojawiły się pierwsze komórki, które tworzą wyłącznie serce.

• Szczepionka, która chroni mózg? Oto co odkryto
• Wątroba świni przeszczepiona człowiekowi. Badacze mówią, że to przełom
• Czerwone mięso może zmieniać nasz mózg. Naukowcy pokazują dane, ostrzegają przed demencją

We wczesnych etapach rozwoju komórki zarodkowe miały zdolność do przekształcania się w różne typy komórek. Obejmowały one np. śródbłonka serca, czyli komórki wewnętrzne powierzchnie naczyń krwionośnych i jam serca. Obserwacje jednak naukowców mocno zaskoczyły. Otóż okazało się, że już we wczesnym etapie gastrulacji (zazwyczaj w ciągu pierwszych czterech do pięciu godzin, po pierwszym podziale komórkowym) szybko pojawiają się komórki, które będą tworzyć wyłącznie serce, i wykazują one wyjątkowo zorganizowane zachowanie.

Ukryte wzorce zapewniają właściwe powstawanie organów

Zamiast poruszać się losowo, podążały wyraźnie określonymi ścieżkami - niemal tak, jakby z góry wiedziały, dokąd zmierzają i jaką rolę odegrają, czy to w tworzeniu komór serca, czy przedsionków. - Nasze odkrycie pokazuje, że określenie przeznaczenia komórek serca i ich ukierunkowany ruch mogą być regulowane znacznie wcześniej w rozwoju zarodka, niż sugerują to obecne modele. To zasadniczo zmienia nasze rozumienie rozwoju serca, ukazując, że to, co wydaje się chaotyczną migracją komórek, jest w rzeczywistości kierowane ukrytymi wzorcami zapewniającymi prawidłowe kształtowanie się serca - tłumaczy dr Ivanovitch. Teraz naukowcy pracują nad zrozumieniem stojących za tym mechanizmów.

Ich zdaniem odkrycie może zrewolucjonizować rozumienie wrodzonych wad serca, a także rzuca nowe światło na powstawanie w zarodkach różnych organów. Skorzystać więc na tym może także medycyna regeneracyjna. - Mamy nadzieję, że w przyszłości nasze badania pomogą odkryć nowe mechanizmy formowania się narządów. Pozwoli to opracować zasady ich projektowania, które umożliwią precyzyjne programowanie wzorców i kształtów tkanek na potrzeby inżynierii tkankowej - podkreśla dr Ivanovitch.

• Uwaga na takie światło. Potwierdzono, że wiąże się z nim ryzyko przedwczesnej śmierci
• Tego nie rób w toalecie, to niebezpieczny nawyk. Lekarze ostrzegają
• Badania mózgu zaskoczyły naukowców. Wyniki budzą niepokój

Źródło: University College London/PAP/pg