به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، یک مطالعه که اخیرا در مجله Developmental Cell منتشر شده است، بینش‌های جدیدی درباره چگونگی تشکیل قلب در مراحل اولیه تکوین جنینی ارائه می‌دهد. این پژوهش، که توسط دانشمندان مرکز ملی تحقیقات قلب و عروق کارلوس III (CNIC) هدایت شده است، نشان می‌دهد که قلب از دو جمعیت سلولی متمایز نشأت می‌گیرد که به صورت مستقل اما همزمان، از همان ابتدای تکوین، یعنی از شروع گاسترولاسیون، که فرآیندی است که در آن جنین شروع به سازماندهی لایه‌های سلولی پایه می‌کند، شکل می‌گیرند. این کشف بسیار مهم است»، می‌گوید میگوئل تورس، دانشمند CNIC و رئیس گروه کنترل ژنتیکی تکوین و بازسازی اندام‌ها و نویسنده ارشد این مطالعه، همراه با میگل سن‌درا. «این کمک می‌کند تا درک کنیم چگونه در مراحل اولیه، ساختار قلب شکل می‌گیرد، که ممکن است ریشه برخی ناهنجاری‌های مادرزادی قلب را شناسایی کند. همچنین درهای جدیدی را برای پزشکی بازساختی و مهندسی بافت باز می‌کند.

نحوه تشکیل لوله قلب اولیه

لوله قلب اولیه اولین اندام عملکردی در جنین پستانداران است. این قلب اولیه که در حال شکل‌گیری است، پس از گاسترولاسیون، شروع به پمپاژ مواد مغذی می‌کند. این ساختار ابتدایی شامل دو نوع سلول است: کاردیومایوت‌ها (CMs)، که دیواره عضلانی را تشکیل می‌دهند، و سلول‌های اندوکاردیال (ECrs)، که سلول‌های اندوتلیال تخصصی هستند و لومن قلبی را می‌پوشانند. سلول‌های ECrs با شبکه عروقی جنینی در ارتباط هستند، در تشکیل تروبیکولاها نقش دارند، در تشکیل دریچه‌ها و سپتوم‌های قلبی مشارکت می‌کنند و از نظر بیان ژنی با سلول‌های اندوتلیال دیگر متفاوتند. پیش‌سازهای CM و ECr در روز جنینی (E) 7.75 در مزودرم سمت قدامی سبلانکیک قرار دارند و ساختاری به شکل زنگوله به نام هسته قلبی (cardiac crescent) تشکیل می‌دهند که لوله قلب اولیه از آن توسعه می‌یابد.

تعیین سرنوشت سلول‌های قلبی

یافتن زمان و مکان تعیین سرنوشت سلول‌ها برای درک چگونگی تشکیل قلب اولیه با تعداد و آرایش صحیح کاردیومایوت‌ها و ECrs بسیار حیاتی است. در زیست‌شناسی تکوینی، سلول‌ها زمانی «تعیین‌شده» در نظر گرفته می‌شوند که به طور پیوسته نوع خاصی از سلول را تولید کنند. تحلیل کلونی وضعیت تعیین سرنوشت سلول‌های هدف را بررسی می‌کند: با برچسب‌گذاری سلول‌های منفرد در مراحل مختلف توسعه و بررسی نسل‌های آن‌ها، زمان‌بندی مشخص شدن رده سلولی و حضور پیش‌سازانی با پتانسیل‌های متنوع قابل شناسایی است. به عنوان مثال، شناسایی پیش‌سازانی که هر دو نوع سلول کاردیومایوت و اندوکاردیال را تولید می‌کنند، نشان‌دهنده عدم تعیین سرنوشت به یکی از این خطوط در زمان برچسب‌گذاری است، اما می‌تواند نشانگر پیش‌سازهای دوپتانسیلی مشخص‌شده قلبی باشد، اگر چنین مشارکتی به صورت سیستماتیک در یک مرحله خاص یافت شود. تحلیل کلونی پیش‌بینی، شامل برچسب‌گذاری سلول‌ها در مراحل و مکان‌های مشخص توسعه برای دنبال کردن مشارکت نسل‌های آن‌ها است. در مقابل، تحلیل کلونی بازگشتی از برچسب‌گذاری ژنتیکی در داخل رحم استفاده می‌کند و تنها مشارکت نهایی نسل‌های برچسب‌گذاری شده را بررسی می‌کند. اکثر اندام‌های داخلی بدن از چند نوع سلول مختلف تشکیل شده‌اند. درک اینکه این سلول‌ها از کجا می‌آیند و چگونه این سلول‌های مختلف از یک سلول واحد در جنین توسعه می‌یابند، می‌تواند در راهنمایی درمان‌های ترمیمی کمک‌کننده باشد؛ جایی که بافت‌های پرورشی در آزمایشگاه برای ترمیم آسیبی که بدن نمی‌تواند خودش ترمیم کند، استفاده می‌شوند. وجود یک سلول پیش‌ساز قلبی واحد که بتواند تمام ساختارهای قلب را تولید کند، مدت‌ها پیش‌بینی شده بود، اما تاکنون کشف نشده است. در حال حاضر، مشخص شده است که در پستانداران، دو مجموعه مجزا از سلول‌های پیش‌ساز قلب وجود دارد که هر کدام سلول‌هایی را برای بخش‌های مختلف قلب تولید می‌کنند. تحقیقات انجام‌شده در جنین‌های موش نشان داده است که هر دو مجموعه سلولی از سلول‌هایی توسعه می‌یابند که پروتئینی به نام Mesp1 تولید می‌کنند. این پروتئین کنترل می‌کند که چه زمانی بسیاری از ژن‌ها — از جمله آن‌هایی که در توسعه قلب نقش دارند — فعال می‌شوند.

شیوه مطالعاتی

دِوین و همکارانش تعدادی کمی از سلول‌های تولیدکننده Mesp1 را برچسب‌گذاری کردند و سرنوشت این سلول‌ها را در طول تکوین دنبال کردند تا ببینند نسل‌های آینده آن‌ها در داخل جنین کجا قرار می‌گیرند و به طور خاص در داخل قلب بالغ. برچسب‌گذاری در مرحله بسیار اولیه‌ای از توسعه، که به آن گاسترولاسیون (گاستراسیون) گفته می‌شود، انجام شد؛ زمانی که سلول‌های جنینی برای اولین بار شروع به سازماندهی خود در سه لایه بافتی می‌کنند که قرار است تمام قسمت‌های مختلف ارگانیسم را تشکیل دهند. دِوین و همکارانش دریافتند که پس از شروع گاسترولاسیون، سلول‌های پیش‌ساز قلب وجود دارند و قبلاً به نواحی خاصی از قلب اختصاص یافته‌اند. این بدان معناست که اگر یک مخزن واحد از سلول‌های پیش‌ساز قلب وجود داشته باشد، در مراحل اولیه توسعه جنین به گروه‌های مختلف تخصص پیدا می‌کنند. دِوین و همکاران نشان می‌دهند که در طی گاسترولاسیون، سلول‌های پیش‌ساز قلب در حال حاضر به دو جمعیت مجزا تقسیم می‌شوند: یکی شامل سلول‌هایی که قرار است دهلیزها و بطن چپ قلب را تشکیل دهند؛ دیگری شامل سلول‌هایی است که قرار است بطن راست و «راه خروجی» را تشکیل دهند، که در نهایت به عروق بزرگ منتهی می‌شوند و وارد و خارج از قلب می‌شوند. این دو جمعیت توسط یک مرز جداکننده از هم جدا شده‌اند، که دِوین و همکارانش معتقدند این مرز بسیار زودتر در توسعه شکل می‌گیرد و قرار است سپتوم (بخش جداساز) را تشکیل دهد که بطن چپ و راست را در قلب بالغ جدا می‌کند. از آنجا که نقص‌های سپتوم منبع بسیاری از ناهنجاری‌های مادرزادی قلب هستند، درک بهتر از جمعیت‌های پیش‌ساز سلول‌های قلب و نحوه تعامل آن‌ها می‌تواند در توسعه درمان‌هایی برای این بیماری‌ها مفید باشد.

درباره مطالعه

تشکیل لوله قلب اولیه از سلول‌های کاردیومایوت و سلول‌های اندوکاردیال یک رویداد کلیدی در تکوین پستانداران است. مطالعات قبلی پیشنهاد کردند که سلول‌های کاردیومایوت و اندوکاردیال از یک سلول پیش‌ساز قلبی مشترک در آغاز روند گاسترولاسیون جدا می‌شوند، اما رابطه خطی آنها با سایر بافت‌های مزودرم هنوز مشخص نیست. با استفاده از تحلیل‌های کلونی بازگشتی و پیش‌بینی در جنین‌های موش، ما سلول‌های پیش‌ساز کاردیومایوت و اندوکاردیال را از خط اولیه و تا لوله قلبی ردیابی کردیم. نتایج ما دو جمعیت مزودرمی مستقل را که در حدود شروع گاسترولاسیون مشخص می‌شوند، شناسایی کرد. در حالی که هر یک از این جمعیت‌ها در تولید کاردیومایوت یا اندوکاردیال تنها یک نوع سلول هستند، اما توانایی چندپتانسیلی خود را حفظ کرده و در بخش‌های مختلف مزودرم غیرقلبی نیز مشارکت می‌کنند. با این حال، تصویربرداری زنده نشان می‌دهد که این دو خط مزودرمی همزمان وارد شدن و در هم آمیختن در خط اولیه را دارند، که نشان‌دهنده تعیین و مهاجرت هم‌زمان آنها است. مدل پیشنهادی برای تعیین خط‌مشی سلول‌های پیش‌ساز قلب، درک منشأ بیماری‌های مادرزادی قلب و طراحی استراتژی‌های مهندسی بافت را تسهیل خواهد کرد.

نتایج کسب شده از مطالعه

در این مطالعه جدید که بر پایه کشت جنین موش در آزمایشگاه، میکروسکوپی پیشرفته و تکنیک‌های ردیابی سلولی استوار است، نشان می‌دهد که این دو نوع سلول از نواحی جداگانه در مزودرم، یکی از سه لایه جنینی اولیه، منشأ می‌گیرند. اگرچه آن‌ها به صورت جداگانه تکوین می‌یابند، اما هر دو جمعیت سلولی همزمان وارد جنین می‌شوند و به صورت هماهنگ به سمت منطقه‌ای حرکت می‌کنند که لوله اولیه قلب شروع به شکل‌گیری می‌کند. به گفته محققان، این رفتار هم‌زمان، نشان‌دهنده وجود مکانیزم‌های سازمانی بسیار دقیقی در مرحله‌ای است که بیشتر ساختارهای قابل مشاهده جنین هنوز شکل نگرفته‌اند. این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که علی‌رغم سرنوشتی که برای تشکیل قلب دارند، این سلول‌ها پتانسیل مشارکت در تکوین سایر اندام‌ها را نیز حفظ می‌کنند—که نشان‌دهنده چندمنظوره بودن و اهمیت آن‌ها در جنین‌زایی اولیه است.   هر دو نویسنده ارشد، میگوئل تورس و میگل سن‌درا، تأکید می‌کنند که این پیشرفت، نتیجه تحقیقات بنیادی است که با هدف تولید دانش جدید بدون هدف فوری کاربرد بالینی انجام شده است، و اظهار می‌دارند: «مهم است ارزش این نوع علم، که بر اساس شهود، پایداری و آزادی خلاقیت استوار است، را درک کنیم، زیرا این نوع پژوهش‌ها سنگ بنای پیشرفت علمی است.»

پایان مطلب/.