Naukowcy zarejestrowali na nagraniu, jak komórki w zarodku myszy zaczynają się spontanicznie organizować i formować serce. Poczynione w badaniach odkrycia zapewniają nowe spojrzenie na mechanizmy zaangażowane w formowanie się serca i mogą zrewolucjonizować sposób, w jaki leczone są wrodzone wady serca, które dotykają prawie jedno na 100 dzieci.
Obrazy formowania się serca zostały uchwycone po raz pierwszy. Badacze z University College London (UCL) i Francis Crick Institute w swoich pracach wykorzystali technikę light-sheet microscopy, która polega na skanowaniu próbki cienką warstwą światła, tworząc ostre, szczegółowe, trójwymiarowe obrazy żywej tkanki bez jej uszkadzania. Dzięki temu udało im się prześledzić, w jaki sposób komórki zarodka myszy w ciągu dwóch dni zaczynają się specjalizować, dzielić i układać w strukturę serca.
Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „The EMBO Journal (DOI: 10.1038/s44318-025-00441-0).
Formowanie się serca
– Po raz pierwszy mogliśmy tak dokładnie obserwować komórki serca, podczas rozwoju ssaków, przez tak długi czas — powiedział dr Kenzo Ivanovitch z University College London’s. – Najpierw musieliśmy hodować zarodki w naczyniu od kilku godzin do kilku dni, a to, co odkryliśmy, było całkowicie nieoczekiwane – dodał.
Najpierw badacze oznaczyli komórki mięśnia sercowego, zwane kardiomiocytami, za pomocą znaczników fluorescencyjnych. Następnie rejestrowali ich obrazy co dwie minuty przez 40 godzin. To w połączeniu z zaawansowanymi technikami obrazowania pozwoliło na stworzenie szczegółowego, trójwymiarowego filmu poklatkowego.
Powstały materiał pokazał w niespotykanej dotąd rozdzielczości, jak komórki poruszają się, dzielą i tworzą żywe, bijące serce myszy. Każdy świecący kardiomiocyt można było następnie prześledzić do wcześniejszych komórek, co pozwoliło naukowcom na stworzenie czegoś na kształt drzewa genealogicznego komórek, co pomogło im dokładnie zobaczyć, kiedy i gdzie pierwsze kardiomiocyty pojawiły się w zarodku.
Ukryte wzorce
Na najwcześniejszych etapach komórki zarodkowe były multipotencjalne, czyli zdolne do przekształcania się w różne typy komórek. Obejmowały one nie tylko komórki serca, ale także inne, takie jak komórki wsierdzia, rodzaj komórek wyściełających wewnętrzne powierzchnie naczyń krwionośnych i komór serca.
Naukowcy odkryli, że wcześniej, zwykle w ciągu pierwszych czterech do pięciu godzin po pierwszym podziale komórkowym, komórki tworzące serce pojawiają się szybko i zachowują się w wysoce zorganizowany sposób, niemal jakby wiedziały, dokąd zmierzają i jaką rolę odegrają, czy będą tworzyć komory serca, czy jego przedsionki.
– Nasze odkrycia pokazują, że określenie przeznaczenia komórek serca i ich ukierunkowany ruch mogą być regulowane znacznie wcześniej w rozwoju zarodka, niż sugerują to obecne modele. To zmienia nasze rozumienie rozwoju serca i pokazuje, że to, co wydaje się być chaotyczną migracją komórek, jest w rzeczywistości regulowane przez ukryte wzorce, które zapewniają prawidłowe kształtowanie serca – wyjaśnił Ivanovitch.
– Obecnie pracujemy nad zrozumieniem sygnałów, które koordynują tę złożoną choreografię ruchów komórek podczas wczesnego rozwoju serca. Serce nie pochodzi z pojedynczej grupy komórek, tworzy się z koalicji odrębnych grup komórek, które pojawiają się w różnych momentach i miejscach – powiedziała Shayma Abukar z UCL.
Odkrycia te rzucają nowe światło na mechanizmy zaangażowane w formowanie się serca i mogą zrewolucjonizować sposób, w jaki leczone są wrodzone wady serca. Badania te mogą również przyspieszyć hodowle tkanki serca w laboratorium do wykorzystania w medycynie regeneracyjnej.
Źródło: University College London, fot. Dr Invanovitch et al
