Svi počinjemo svoje živote kao simetrične kugle ćelija. Kod ljudi, tokom prvih nekoliko nedelja nakon oplodnje, embrionalne ćelije prolaze kroz nekoliko krugova deobe, povećavajući svoju masu. Zatim dolazi gastrulacija, proces koji menja sve i uspostavlja plan našeg tela. Tokom gastrulacije, kolekcija uniformnih ćelija koje čine rani embrion prekida simetriju i reorganizuje se u višeslojnu strukturu sa različitim tipovima ćelija.
U ovom ključnom trenutku, naš plan tela je postavljen. Gastrulacija takođe uspostavlja tri telesne ose: glava–rep, napred–pozadi i levo–desno. Ovaj proces zahteva da ćelije interaguju i koordiniraju jedna sa drugom sa zapanjujućom preciznošću. Međutim, kako se to postiže još uvek je u velikoj meri misterija.
Grupa Trivedi u EMBL Barseloni proučava kako ćelije stvaraju naš plan tela i sada je objavila studiju u časopisu Razvoj koja može poboljšati naše razumevanje ranog razvoja sisara.
„Veruje se da prednja-zadnja osa našeg tela, što znači naša struktura od glave do stopala, zahteva da se razviju spoljni signali. U našoj studiji, pokazali smo da ćelije mogu samostalno da orkestriraju prve korake narušavanja simetrije, bez bilo koji spoljni doprinos“, rekao je Vikas Trivedi, vođa grupe u EMBL Barcelona.
Gastruloidi su trodimenzionalni agregati embrionalnih matičnih ćelija uzgajanih u laboratoriji u kontrolisanom okruženju. Vremenom, oni formiraju strukture koje oponašaju mnoge karakteristike ranih embriona sisara, što nam omogućava da zavirimo u razvojne procese koje bi bilo gotovo nemoguće ispitati unutar materice.
Ali ono što je najupečatljivije u vezi sa ovim malim agregatima ćelija je to što uspevaju da formiraju takve strukture bez obrazaca ili znakova koji tipično upućuju embrionalne ćelije unutar materice. Tako nam mogu pomoći da razumemo pravi potencijal embrionalnih ćelija da se samoorganizuju dok kreiramo plan tela.
„Naš rad ima za cilj da detaljno opiše najranije razvojne događaje gastruloida tako što ćemo ih uzgajati pod minimalnim uslovima“, rekao je Kerim Anlas, bivši dr. student Trivedi grupe i koautor dela. „Ovo bi moglo otkriti ranije nepoznate karakteristike rane embriogeneze koje se ne mogu pokazati proučavanjem samo prirodnog embriona.“
Trivedi tim je uzgajao gastruloide iz embrionalnih matičnih ćelija miša tokom prva 72 sata nakon oplodnje, vremenskog prozora kada ćelije embriona miša donose najvažnije odluke za definisanje ose glava-rep. U različitim vremenskim tačkama, analizirali su ekspresiju gena i druge molekularne potpise u pojedinačnim gastruloidnim ćelijama.
Tim je otkrio da gastruloidi mogu narušiti simetriju, pri čemu ćelije na dva kraja strukture postižu različita svojstva (proces poznat kao polarizacija), bez spoljne hemijske stimulacije.
Na primer, podskup gastruloidnih ćelija počinje da izražava gen koji se zove Brachiuri i podleže promenama u obliku ćelije, ekspresiji gena i pokretljivosti. Oni bi na kraju formirali mezoderm – sloj embrionalnog tkiva koji kasnije stvara mišiće i kosti. Pojavljuju se i drugi specijalizovani tipovi ćelija, koji izražavaju specifične markere i zauzimaju različite lokacije unutar gastruloida.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Ovo su prvi koraci u formiranju prednje-zadnje ose, a kako su naučnici pokazali, mogu se desiti i u odsustvu spoljnih signala.
Značajno je da su istraživači takođe istražili koliko su ćelije u gastruloidima slične onima u embrionima. Oni su primetili da dok u početnim fazama gastruloidne i embrionalne ćelije izražavaju različite gene, one ipak daju veoma slične diferencirane tipove ćelija.
„Ovo sugeriše da ćelije mogu dostići slična krajnja stanja i u gastruloidima i in vivo, ali sa različitim početnim stanjima“, rekao je Trivedi.
Nicola Gritti, specijalista za analizu slike u Ustanovi za mezoskopsko snimanje, bivši postdoktor u Trivedi grupi i prvi autor, veruje da ovi nalazi mogu poslužiti kao novi način proučavanja ranog razvoja kod sisara.
„Studije o in vitro sistemima sličnim embrionima obično imaju za cilj da predstave vernu repliku prirodnog razvoja i stoga se fokusiraju na isticanje sličnosti sa stvarnim embrionom“, rekao je on. „Ovde izveštavamo o ključnim razlikama u događajima uočenim in vivo koji još uvek nisu temeljno proučavani.
Trivedi grupa ima za cilj dalje proučavanje alternativnih razvojnih puteva uočenih u gastruloidima i kombinovanje in vitro sistema sa inženjeringom, naukom o podacima i teorijskim modelima kako bi se razumela svestranost matičnih ćelija.
