Kako organizmi formiraju udove u materici? Naučnici su nastojali da odgovore na ovo pitanje ne samo da bi produbili naše razumevanje evolucije i embrionalnog razvoja, već i da bi pomogli da san o regeneraciji delimičnih ili celih udova postane stvarnost.
Tim predvođen genetičarima sa Harvardske medicinske škole upravo je napravio korak napred na tom dugom putu.
Kao što je opisano u njihovom članku objavljenom 5. februara u Developmental Cell, istraživači su identifikovali posebne sastojke potrebne za pokretanje stvaranja udova kod miševa i pilića.
„Ljudi na terenu su poznavali mnogo proteina kritičnih za formiranje udova, ali smo otkrili da postoje proteini koje smo propustili“, rekao je prvi autor studije ChangHee Lee, naučni saradnik u genetici u laboratoriji Cliff Tabin u HMS-u.
Tim je otkrio da je kombinacija samo tri proteina — Prdm16, Zbtb16 i Lin28a — neophodna i dovoljna da se određene matične ćelije koje ne formiraju udova pretvore u one koje formiraju udove. Četvrti protein, Lin41, ubrzava proces.
Deo porodice koja se zove faktori transkripcije gena, ovi proteini aktiviraju pregršt gena unutar određenih ćelija u embrionalnom tkivu poznatom kao mezenhim, otkrili su istraživači. Ova promena u genskoj aktivnosti je ono što transformiše ćelije u ćelije potomke ekstremiteta, pokazao je tim.
Progenitorne ćelije udova tada pupolje tamo gde će se formirati ud i obezbediti okvir za buduću ruku, nogu, krilo ili peraje.
„Pronašli smo proteine koji daju ‘udove’ ovoj podgrupi mezenhimskih ćelija“, rekao je Li. „Ljudi ranije nisu znali kako da od mezenhimalnih matičnih ćelija naprave progenitore udova. Sada to možemo da uradimo i proučavamo ranu diferencijaciju udova.“
Budući rad treba da potvrdi da li su isti faktori transkripcije u igri u ljudskom razvoju. Rani rad obećava, rekao je tim.
Takođe ostaje da se otkrije koji drugi sastojci treba da se dodaju da bi ćelije potomke ekstremiteta sazrele u vezivno tkivo ekstremiteta, kao što su tetive, ligamenti i srednji sloj kože.
Ovo otkriće omogućava naučnicima da po prvi put uzmu mišje fibroblaste – ćelije vezivnog tkiva koje se obično koriste za istraživanje kako matične ćelije sazrevaju u različita tkiva – i usmere ih da postanu potomci udova.
Rad takođe sada omogućava naučnicima da održe progenitorne ćelije udova živima u laboratoriji mnogo duže nego što je to bilo moguće ranije – nedelje umesto dan ili dva. To je dovoljno vremena da počnemo da zaista kopamo po mehanizmima ranog razvoja udova, rekao je Li.
Članovi laboratorije Tabin su sve ovo učinili mogućim tako što su napravili alat za uzgoj progenitorskih ćelija udova u 3D strukturama, a zatim optimizovali skoro 30 uslova ćelijske kulture dok ćelije nisu napredovale.
Tim je bio oduševljen što je konačno učinio da ćelije progenitor udova „prežive, razmnožavaju se i, što je kritično, zadrže svoj identitet potomaka udova nakon produžene kulture“, rekao je ko-stariji autor Tabin, profesor genetike Džordž Džejkob i Žaklin Hazel Leder i šef odeljenja. Odeljenje za genetiku u Institutu Blavatnik pri HMS.
Skup optimalnih parametara rasta je važniji doprinos terenu od 3D skele, rekao je Li. Tim je protokole učinio dostupnim besplatno na mreži.
„Testirali smo mnogo uslova da vidimo šta ćelije vole, a šta ne. Otkrili smo da su posebno izbirljive u pogledu ukočenosti“, rekao je Li. „Jedino ograničenje koje smo do sada pronašli je da ćelije rastu tako dobro da pune kontejnere koje koristimo, što je dobar problem.
Razvojni i evolucioni biolozi i naučnici regenerativne medicine sada su u boljoj poziciji da odgovore na pitanja kao što su:
„Važno je razumeti osnovna svojstva ćelija koje imaju terapeutsku vrednost“, rekao je Li. „Kulturisanje i održavanje progenitorskih ćelija udova i njihovo usmeravanje na specifičnije loze je fundamentalno važno za dugoročni cilj dopunjavanja ćelija u klinici.“
Rad takođe podržava nedostatni argument da sisari mogu poslužiti kao korisni modelni organizmi za regeneraciju udova iako ne mogu ponovo da izrastu udove nakon rođenja.
„Razumevanje i iskorištavanje progenitora udova sisara je prvi korak ka razmatranju sisara kao modela za regeneraciju amputiranih udova, kao alternativu vodozemcima i drugim stvorenjima koja se regenerišu danas“, rekao je Tabin.
Više informacija: Iuji Atsuta et al, Direktno reprogramiranje fibroblasta bez ekstremiteta u ćelije sa svojstvima progenitora ekstremiteta, Developmental Cell (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2023.12.010
Informacije o časopisu: Developmental Cell
Obezbeđuje medicinska škola Harvarda
Istražite dalje
