Pentru prima data, oamenii de stiinta au aratat ca un mic grup de celule din embrionul uman dicteaza soarta altor celule embrionare.
Descoperirea acestui "organizator" al dezvoltarii ar putea ajuta la cercetarea bolilor umane si sugereaza ca avem mai multe in comun cu pasarile decat am crede, conform rockefeller.edu.
Factorii care modeleaza destinul unei celule, precum si pe cel al unei persoane complet formate, sunt inca necunoscuti. De ce, de exemplu, o celula stem intr-un embrion uman devine mai degraba un neuron decat o celula musculara? Si de ce altcineva decide sa construiasca cartilajul mai degraba decat tesutul cardiac?
O cercetare noua efectuata de o echipa de oameni de stiinta de la Rockefeller sub conducerea lui Ali H. Brivanlou prezinta circuitele moleculare care determina soarta celulei. Lucrarea, care apare in revista Nature, ofera o noua platforma pentru studierea celor mai timpurii etape ale dezvoltarii umane si ar putea conduce la tratamente noi pentru multe afectiuni.
Geniul organizational
Oamenii de stiinta stiau deja ca celulele stem embrionare se pot diferentia in oricare dintre tipurile de celule specializate ale organismului: oase, creier, plamani si ficat.
Ei stiau de asemenea ca grupurile speciale de celule gasite in embrioni de amfibieni si pesti au un rol executiv in modelarea structurilor de dezvoltare timpurie. Aceste grupuri, numite "organizatori", emit semnale moleculare care directioneaza alte celule sa creasca si sa se dezvolte in moduri specifice. Cand un organizator este transplantat de la un embrion la altul, el determina noua gazda sa produca o coloana secundara si sistem nervos central cu maduva spinarii si creier.
Datorita recomandarilor etice care limiteaza experimentarea embrionilor umani, cercetatorii nu stiau daca exista un asemenea organizator la om.
Pentru a vedea daca este posibil, Brivanlou si echipa sa au efectuat o serie de experimente care au implicat embrioni umani artificiali: mici grupuri de celule, de aproximativ un milimetru, cultivate in laborator din celulele stem embrionare umane. Desi sunt departe de omologii lor naturali, aceste simulacre artificiale contin totusi multe dintre celulele si tesuturile prezente in embrionii umani autentici.
Studiile anterioare au aratat ca trei cai de semnalizare diferite conduc la dezvoltarea embrionara timpurie a animalelor, cum ar fi soarecii si broastele. Prin activarea acestor cai in embrionii artificiali dintr-un vas Petri cercetatorii au aratat ca aceleasi semnale moleculare pot conduce, de asemenea, la dezvoltarea celulelor umane. Cand s-au dat aceste semnale in ordinea corecta, embrionii artificiali chiar si-au generat proprii organizatori.
Exista insa o diferenta intre ceea ce pot face celulele intr-un vas Petri si ceea ce vor face in interiorul unui embrion real.
Pentru a-si valida constatarile initiale, cercetatorii au altoit embrionii umani artificiali pe embrioni de pui autentici - dar nu inainte de a marca celulele umane cu un marker fluorescent care le-a permis sa urmareasca cu precizie celulele sub microscop. Ceea ce s-a intamplat apoi i-a uimit.
Diviziunea muncii
Transplantul de celule dintr-o specie in alta nu este neaparat usor: incercarile anterioare de combinare a embrionilor umani artificiali cu embrioni originali de soarece s-au dovedit extrem de dificile si nimeni nu a altoit cu succes celule embrionare umane pe un embrion de pasare.
Cu toate acestea, de indata ce au fost introduse in gazdele lor, celulele umane au inceput sa puna bazele unei coloane vertebrale secundare si a sistemului nervos - un act care a anuntat in mod clar prezenta unui adevarat organizator uman.
"Spre uimirea mea, grefa nu numai ca a supravietuit, ci a dat nastere la aceste structuri frumos organizate", spune Brivanlou, care a fost si mai surprins de provenienta acestor structuri. Pentru ca progenitorii cartilajului si ai tesutului osos, care in cele din urma ar cuprinde o a doua coloana vertebrala, au fost compusi in intregime din celule umane, inceputul tesutului nervos care in cele din urma va forma maduva spinarii si creierul a fost compus exclusiv din celulele pui.
Faptul ca celulele umane sunt capabile sa construiasca noi structuri in embrionul unei pasari - un animal mai apropiat de dinozauri decat de noi - demonstreaza ca abilitatea celulelor animalelor de a alege o anumita soarta a fost conservata de-a lungul a sute de milioane de ani de evolutie, potrivit lui Brivanlou.
"Odata ce organizatorul uman este transplantat intr-un embrion de pui, limbajul pe care il foloseste pentru a instrui celulele de pasari pentru a construi creierul si sistemul nervos este exact acelasi cu cel folosit de amfibieni si pesti", spune Brivanlou.
O privire spre viitor
Intelegerea modului in care celulele stem nediferentiate devin un anumit tip de tesut este esentiala pentru medicina regenerativa, care se bazeaza pe tehnologiile care folosesc celule stem pentru a vindeca si intineri tesuturile defectuoase sau chiar a le inlocui cu cele proaspat cultivate.
In plus, metoda inventata de Brivanlou si echipa sa reprezinta un nou instrument pentru studierea celor mai vechi stadii de dezvoltare a fiintelor umane - un instrument pe care il folosesc deja in alte studii.
Un asemenea demers ar putea conduce la noi modalitati de prevenire a pierderilor de sarcina si a malformatiilor congenitale, precum si a unor noi tratamente pentru boli, de la cancer la diabet.
"Daca vrei sa intelegi ceva, trebuie sa-i intelegi mai intai originile si daca vrem sa intelegem originea bolii umane, trebuie sa dezvoltam modalitati de a lucra cu celulele umane", spune Brivanlou.
