Atunci când oul fertilizat (zigotul) începe să se dezvolte, masa celulară interioară care se formează, reprezentată de un grup de celule care se va transforma în cele din urmă într-un individ, îşi păstrează potenţialul de celule stem pluripotente pentru primele câteva săptămâni. Cu alte cuvinte, fiecare celulă din acest grup are capacitatea de a forma un întreg individ nou şi toate sutele de tipuri de celule diferite de care are nevoie corpul uman. Potenţialul terapiilor cu celule stem se bazează pe această pluripotenţă a celulelor stem embrionare timpurii.
Gastrulaţia este o etapă cheie în primele stadii ale dezvoltării embrionare, ce are loc între zilele 14 şi 21 de la fertilizare - o etapă timpurie a embrionului în curs de dezvoltare în care celulele încep să se transforme în diferite tipuri de celule şi ţesuturi.
În timpul acestui proces, un embrion ce prezintă un singur strat de celule este transformat într-o formaţiune cu mai multe straturi de celule, gastrula. În această perioadă sunt formate cele trei straturi celulare primordiale, din care se vor dezvolta ţesuturile organismului uman. De fapt, gastrulaţia este adesea menţionată ca fiind cea mai importantă etapă a vieţii, o mare parte din avorturile spontane timpurii fiind rezultatul unei gastrulaţii nereuşite.
Până acum se credea că, pluripotenţa acestor celule se pierde atunci când se formează straturile germinative ale embrionului (ectoderm, mezoderm şi endoderm) şi cele trei axe ale corpului în curs de dezvoltare (anterioară şi posterioară, dorsală şi ventrală, stângă şi dreaptă).
Însă acum, o echipă internaţională formată din cercetători de la Universitatea din Helsinki, din Finlanda, şi de la Institutele Naţionale de Sănătate (NIH), din Statele Unite, a descoperit că ectodermul, unul dintre straturile germinative, nu îşi pierde, de fapt, pluripotenţa în timpul procesului de formale a gastrulei.
Noua cercetare răspunde şi la întrebarea pe care specialişti în biologia dezvoltării şi-au pus-o cu privire la modul în care creasta neurală, care provine din ectoderm în timpul dezvoltării embrionare, prezintă un potenţial excepţional de ridicat de celulele stem.
În urma procesului de gastrulaţie, creasta neurală se dezvoltă într-un număr mare de celule care formează diverse părţi ale corpului.
Pentru a numi doar câteva, ţesuturile derivate din creasta neurală includ celulele pigmentare din piele, întregul sistem nervos periferic, oasele feţei şi ale gâtului, părţi ale inimii şi mai multe tipuri de celule producătoare de hormoni - practic, tipuri de celule a căror diferenţiere dintr-un singur strat germinativ ar trebui să fie, teoretic, imposibilă.
„Descoperirile aruncă o nouă lumină asupra lanţului de evenimente din dezvoltarea embrionară timpurie, şi indică faptul că stadiul de expresie a genelor celulelor stem necesar pentru producerea de celulele stem pluripotente continuă în tot ectodermul aproape până la finalizarea tubului neural, un precursor al sistemului nervos central", a declarat dr. Laura Kerosuo, care a condus grupul de cercetare - fost cercetător al Academiei din Helsinki, în prezent, şefa Unităţii de dezvoltare şi boli ale crestei neuronale din cadrul NIH).
Ea a precizat că descoperirile indică, de asemenea, o plasticitate mult mai mare decât s-a crezut până acum în procesul de determinare a sorţii celulare care are loc în ectoderm.
O tehnică de imagistică dezvoltată de cercetători a stat la baza descoperirii
O tehnică de imagistică de înaltă rezoluţie, capabilă să analizeze celule individuale, i-a ajutat pe cercetători să facă aceste descoperiri.
Anterior, grupul de cercetare a dezvoltat această tehnică pentru analiza simultană a expresiei mai multor gene.
Ulterior ei au modificat-o pentru a le permite ca în acest studiu să monitorizeze localizarea celulelor stem individuale în ectoderm, în diferite stadii de dezvoltare după gastrulaţie.
Cu această tehnică precisă şi eficientă, profilurile celulelor pot fi identificate la faţa locului în ţesutul original.
Tehnica poate fi aplicată în diverse abordări, cum ar fi compararea ţesuturilor bolnave şi sănătoase, spune cercetătorul doctorand Ceren Pajanoja, de la Universitatea din Helsinki.
Noile cunoştinţe pot ajuta la o mai bună înţelegere a unui număr de boli
Neurocristopatiile, sau tulburările care îşi au originea în creasta neurală, reprezintă aproximativ un sfert din toate tulburările congenitale de dezvoltare.
Noile cunoştinţe dobândite în urma studiului pot ajuta la înţelegerea mecanismelor patogenetice ale neurocristopatiilor şi la identificarea defectelor genetice care le provoacă încă de la începutul sarcinii.
De asemenea, studiul poate ajuta la dezvoltarea unor terapii alternative care ar putea fi aplicate în viitor fătului în timpul sarcinii.
Printre cancerele care îşi au originea în creasta neurală se numără melanomul şi neuroblastomul, o boală adesea fatală la sugari, pe care grupul de cercetare a dr. Kerosuo o cercetează, de asemenea, din perspectiva dezvoltării crestei neurale.
Abia recent s-a realizat cât de important este să înţelegem dezvoltarea normală a ţesutului iniţial pentru a afla ce nu a mers bine atunci când cancerul a fost activat, spun autorii studiului.
Potrivit acestora, tehnicile de diferenţiere a ţesuturilor derivate din creasta neurală din celulele stem sunt foarte promiţătoare pentru utilizarea în viitoarele terapii de înlocuire a ţesuturilor.
Gastrulaţia duce la formarea celor trei foiţe embrionare, embrionul devenind gastrula. Neurulaţia se caracterizează prin formarea tubului neural primitiv şi a crestelor neurale, astfel embrionul devine neurula. Imaginea prezintă secţiuni transversale din patru stadii de dezvoltare diferite ale embrionului timpuriu, de la începutul gastrulaţiei, formării gastrulei (plat), până la sfârşitul neurulaţiei - proces embrionar de formare a plăcii neurale şi de transformare a acesteia în tubul neural, din care se dezvoltă ulterior sistemul nervos. În mod neaşteptat, studiul a dezvăluit că celulele stem cu o semnătură pluripotentă, care sunt vizualizate în galben, se găsesc în întregul ectoderm în curs de dezvoltare până în stadiul de închidere a tubului neural, când se limitează la celulele crestei neurale din partea superioară a tubului neural. Credit: Laboratorul Kerosuo (Ceren Pajanoja)
