O echipă de cercetători britanici a observat în timp real formarea inimii într-un embrion de şoarece viu, oferind o perspectivă nouă asupra defectelor cardiace congenitale. Cu ajutorul microscopiei avansate, specialiştii au fost martori, în premieră, la formarea inimii în fazele incipiente ale gastrulaţiei.
Imaginaţi-vă că puteţi urmări inima, în timp real, cum se formează, celulă cu celulă. Acest proces a devenit realitate datorită unui studiu realizat de cercetători britanici, care au observant şi înregistrat, pentru prima dată, etapele iniţiale de formare a inimii într-un embrion viu.
Reuşita ar putea contribui la înţelegerea şi tratarea malformaţiilor cardiace congenitale.
Pentru acest studiu, publicat recent în The EMBO Journal, echipa a utilizat o tehnică de microscopie avansată pe un model de şoarece special modificat genetic.
Cu această metodă au putut ilumina şi fotografia detaliat ţesuturi minuscule, generând imagini 3D clare, fără a deteriora ţesutul viu.
Prin această tehnologie, cercetătorii au putut urmări, pe parcursul a două zile, celulele individuale în timp ce se mişcau şi se divizau, evoluând de la o etapă incipientă de dezvoltare, cunoscută sub numele de gastrulaţie, până în punctul în care inima primitivă a început să prindă contur, reuşind astfel să identifice originea celulară a inimii.
Gastrulaţia este procesul prin care celulele încep să se specializeze şi să se organizeze în structurile primare ale corpului, inclusiv inima. La om, acest proces are loc în a doua săptămână de sarcină.
Conform cercetătorilor, reuşita ar putea revoluţiona modul în care sunt înţelese şi tratate malformaţiile cardiace congenitale.
„Este pentru prima oară când avem posibilitatea să observăm celulele cardiace atât de detaliat şi pe o perioadă atât de îndelungată, în timpul dezvoltării mamiferelor. A trebuit mai întâi să putem creşte embrionii în mediu de cultură, de la câteva ore la câteva zile, iar ceea ce am descoperit a fost total neaşteptat”, a declarat autorul principal, dr. Kenzo Ivanovitch, de la UCL Great Ormond Street Institute of Child Health, cercetător la British Heart Foundation.
Folosind markeri fluorescenţi, echipa a etichetat celulele musculare cardiace (numite cardiomiocite), făcându-le să strălucească în culori distincte. Echipa a realizat fotografii la fiecare două minute, timp de 40 de ore, obţinând un video de tip time-lapse, cu o rezoluţie fără precedent.
Cercetătorii de la University College London (UCL) şi Institutul Francis Crick au identificat pentru prima dată originea celulelor cardiace folosind imagini 3D ale unei inimi în formare în timp real, într-un embrion viu de şoarece.
Materialul filmat arată cum celulele se mişcă, se divid şi formează primele structuri ale embrionului, inclusiv inima.
Fiecare cardiomiocit a putut fi urmărit înapoi până la celulele anterioare, permiţând cercetătorilor să creeze un arbore genealogic celular. Aceasta i-a ajutat să observe exact când şi unde au apărut pentru prima dată celulele care contribuie exclusiv la formarea inimii.
În stadiile cele mai timpurii, celulele embrionare sunt multipotente, capabile să devină diverse tipuri celulare. Acestea includ nu doar celulele cardiace, ci şi alte tipuri, cum ar fi cele endoteliale - un tip de celule care căptuşesc suprafaţa internă a vaselor de sânge şi a camerelor inimii.
Totuşi, cercetătorii au constatat că, devreme în timpul gastrulaţiei (în primele patru-cinci ore de la prima diviziune celulară), apar rapid celulele care contribuie exclusiv la formarea inimii şi care se comportă într-un mod extrem de organizat.
În loc să se deplaseze la întâmplare, aceste celule urmează traiectorii bine definite, de parcă „ar şti” deja încotro merg şi ce rol vor juca, fie că e vorba de ventricule (camerele de pompare ale inimii), fie de atrii (unde sângele intră în inimă din corp şi plămâni).
„Am descoperit că celulele care formează inima îşi stabilesc rolul şi încep să se mişte organizat mult mai devreme decât se credea până acum. Acest lucru ne arată că procesul nu este haotic, ci urmează reguli precise, necunoscute încă, şi care ajută inima să se formeze corect încă din primele etape ale vieţii”, a explicat dr. Ivanovitch.
Cercetătorii de la UCL Great Ormond Street Institute of Child Health şi UCL Institute for Cardiovascular Science studiază acum semnalele care coordonează această coregrafie complexă a mişcării celulelor în timpul dezvoltării timpurii a inimii.
„Inima nu provine dintr-un singur grup de celule, ci se formează din mai multe grupuri de celule distincte, care apar în momente şi locuri diferite în timpul gastrulaţiei”, notează ei.
Perspectivele oferite de acest studiu ar putea revoluţiona modul în care sunt înţelese şi tratate defectele cardiace congenitale, care afectează aproape unul din 100 de nou-născuţi.
Oamenii de ştiinţă speră ca această descoperire să deschidă calea, în viitor, către o mai bună înţelegere a mecanismelor prin care se formează organele.
Aceste informaţii ar putea contribui la dezvoltarea unor metode precise pentru modelarea şi construirea ţesuturilor în laborator, cu aplicaţii valoroase în medicina regenerativă.
