Исследователи из Института Фрэнсиса Крика изучили самый ранний момент формирования сердца во время эмбрионального развития и впервые обнаружили, что каждая часть сердца имеет уникальное происхождение. Их исследование на мышах, опубликованное сегодня в журнале PLoS Biology, имеет значение для понимания врожденных пороков сердца.
По мере развития эмбриона клетки становятся все более специализированными, чтобы формировать различные ткани и органы. Ключевой период известен как гаструляция, которая приводит к формированию основных тканей тела, в том числе сердца.
Команда, созданная в сотрудничестве между двумя ведущими лабораториями биологии развития Крика, определила клетки, которые формируют сердце во время гаструляции, и проследила судьбу каждой отдельной клетки с этой самой ранней стадии до полного формирования сердца.
Они обнаружили, что все четыре камеры сердца имеют различное пространственное и временное происхождение. Самый первый набор клеток создает левый желудочек, затем следуют клетки, образующие правый желудочек, и, наконец, два предсердия.
Джим Смит, руководитель лаборатории биологии развития Крика, сказал: "Изучение того, как разные типы клеток в эмбрионе формируются в нужное время и в нужном месте, имеет решающее значение для понимания того, почему иногда это может пойти не так. Врожденные пороки сердца поражают примерно одного из 180 детей во всем мире, и работа, подобная нашей, может помочь объяснить, почему при пороках сердца, таких как гипоплазия левого желудочка, поражается только одна камера сердца."
В своем исследовании команда сначала измерила активность генов в отдельных клетках и пришла к выводу, что отдельные гены активны в предшественниках сердца на очень ранних стадиях эмбрионального развития. Это означает, что они будут отнесены к разным анатомическим структурам сердца.
Затем они использовали передовую технику визуализации, называемую многофотонной визуализацией в реальном времени, для микроскопической съемки эмбрионов мыши, развивающихся вне матки. Они смогли проследить судьбу отдельных клеток, когда они мигрировали через эмбрион, чтобы установить различные части сердца.
Кензо Иванович, ведущий автор и научный сотрудник Института Крика, сказал: "Наше открытие о том, что разные части сердца возникают в разных местах, может помочь исследователям построить лучшие модели с использованием стволовых клеток. Современные методы производят смесь предсердных и желудочковых клеток, что может затруднить изучение заболеваний, поражающих определенные камеры сердца.
"Теперь мы можем представить себе создание клеток, заранее определенных, чтобы стать конкретными частями сердца, и могли бы использовать их для моделирования болезни или разработки и тестирования новых регенеративных методов лечения."
Джеймс Бриско, глава лаборатории динамики развития Крика, сказал: "Различные популяции клеток сердца, имеющие разное происхождение, могут означать, что каждая группа уникально предрасположена или чувствительна к генетическим изменениям или изменениям окружающей среды.
"Новые технологии дают нам беспрецедентное понимание структуры и поведения отдельных клеток в развивающихся тканях. Это предлагает новое понимание причин врожденных заболеваний и определение целей для новых методов лечения."