Mokslo ir technologijų pasaulis

Praėjus kelioms savaitėms po pastojimo jūsų kūne įvyko milžiniškas virsmas: ląstelių gumulėlyje radosi viršus ir apačia. Tačiau iki šiol mokslui buvo nežinoma, kaip tiksliai šis virsmas įvyksta.

Tačiau visai neseniai mokslininkai, laboratorijoje sudarę tokias sąlygas kamieninėms ląstelėms, kad jos elgtųsi taip, kaip žmogaus embrionas, gavo kur kas aiškesnį vaizdą apie biocheminius procesus, vykstančius besivystančiame žmogaus kūne, rašo „Science Alert“.

Įvairių disciplinų Rockfellerio universiteto (JAV) mokslininkų komanda, kurioje būta ir fizinių, ir biologinių mokslo krypčių atstovų, paskatino 10 dienų embriono modelį, sudarytą iš kamieninių ląstelių, iš idealios sferinės formos tapti mažiau simetrišku dariniu.

Kadangi tikrų embrionų, apvaisintų daugiau nei prieš 14 dienų, tyrimai Jungtinėse Amerikos Valstijose yra griežtai ribojami, bandymai pažvelgti į pačius pirmuosius mūsų raidos akimirksnius yra labai komplikuoti ir iš praktinės, ir iš etinės pusės. O gyvūninės kilmės modeliai, deja, taip pat nėra labai tinkami – pagal juos, dėl skirtingos genetikos ir biochemijos, sunku pasakyti, kaip apvaisintos ląstelės tampa žmogumi.

Todėl norėdami labiau priartėti prie šios paslapties įminimo, mokslininkai panaudojo universalias kamienines ląsteles, iš kurių sudarė embrioną ir išdėstė šias ląsteles taip, kad jos reprezentuotų šį esminį žmogaus raidos etapą.

Tokie kamieninių ląstelių modeliai iš tiesų labiau primena embrioninius organoidus – sintetines struktūras, kurios atkartoja kai kurias, bet ne visas savo biologinių atitikmenų būtinąsias charakteristikas.

Todėl tokie modeliai, pakrikštyti embrioidais, jau daugelį metų yra naudojami ląstelių ir embrionų raidos tyrimams ir, vertinant formaliai, nėra visiškai naujas laboratorinių tyrimų įrankis.

Tačiau, kadangi tai tėra sintetinė embriono aproksimacija, atrasti tinkamą struktūrą, kuri atitiktų specifinį raidos etapą, nėra taip jau paprasta.

„Vienu metu taikėme kelis metodus – bioinžinerijos, fizikos ir raidos biologijos – kad sukurtume šį modelį. Dabar turime 3D sistemą, kuri atkartoja ne tik embriono genetinę sandarą, bet ir jo formą bei dydį“, - sakė fizikas ir biochemikas Mijo Simunovicius.

Šio specifinio 3D modelio paskirtis buvo labai ypatinga. Pelių embrioidų tyrimai jau parodė, kaip neaiškiame besidalijančių ląstelių kamuolėlyje išryškėja linija, parodanti, kuriame gale bus galva, o kuriame – uodega. Ši raidos akimirka yra vadinama simetrijos lūžiu.

„Simetrijos lūžis lemia beveik viską, kas vyksta embriono raidos metu. Mūsų galvos neatrodo panašios į kojas ir taip yra dėl to, kad kažkuriuo raidos metu embrionas skyla į dvi dalis – viršutinę ir apatinę“, – aiškino mokslininkas.

Šis raidos etapas, dar vadinamas gastruliacija, nutinka visiems žinduoliams. Prieš dvejus metus mokslininkai gavo pirmųjų įrodymų ir apie tokį procesą, vykstantį žmogaus embrioninių kamieninių ląstelių gumuliuke, kas tapo pirmuoju ženklu, jog galbūt įmanoma šį procesą stebėti ir specialiai parengtame embrioide.

Norint detaliai ištirti žmogaus gastruliacijos biochemiją, mokslininkai iš pradžių pabandė embrioidą paveikti augimo faktoriumi, kuris, kaip jau buvo nustatyta anksčiau, yra atsakingas už pelių ir žmonių embrionų anatominių struktūrų susidarymą. Šis faktorius yra vadinamas kaulų morfogenetiniu baltymu 4 (BMP4).

„Pridėjome BMP 4 ir po dviejų dienų viena trimatės kultūros dalis jau tapo būsima apatine kūno dalimi, o kita pusė – būsima viršutine dalimi. Šis tyrimas ne tik padėjo mums identifikuoti esminius panašumus ir skirtumus su eksperimentais, kuriuose buvo naudojami kitų gyvūnų embrionai, jis taip pat gali paaiškinti, kodėl kai kuriems embrionams yra lemta vystytis toliau, o kiti apskritai nesiimplantuoja“, – sakė M.Simunovicius.

Nors moksliniu požiūriu embrioidinio modelio išauginimas gali būti didelė pergalė, tačiau ilgainiui ši inovacija gali tapti pačiu didžiausiu šios tyrimų srities priešu. Mat dabar didelę svarbą įgis klausimas, kada sintetinė embriono aproksimacija peržengs liniją tarp „į tikrą panašaus“ ir tikro žmogaus.

Patys tyrimo autoriai aiškina, kad riba yra labai aiški, ir nors jie nori kurti vis sudėtingesnius modelius, jų embrioidai „niekada netaps žmogaus embrionais, jeigu jiems nebus leista augti“.

Tyrimą publikavo „Nature Cell Biology“.