Αυτή η μικροσκοπική δομή, σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι το πιο προηγμένο και ώριμο αμνιακό μοντέλο που δημιουργήθηκε ποτέ.
Θα μπορούσε να προσφέρει νέα στοιχεία για την ανθρώπινη ανάπτυξη και να οδηγήσει σε κυτταρικά προϊόντα για ιατρικές διαδικασίες, από θεραπείες εγκαυμάτων έως αποκατάσταση κερατοειδούς, ανέφερε μια ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Francis Crick στο Λονδίνο, σε μελέτη που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Cell.
Το ανθρώπινο έμβρυο δεν κάνει μόνο του το αναπτυξιακό του ταξίδι μέσα στη μήτρα. «Υποστηρικτικοί ιστοί όπως ο πλακούντας ή ο αμνιακός σάκος, αναπτύσσονται μαζί με το έμβρυο και είναι πραγματικά σημαντικοί για την ανάπτυξη και την επιβίωσή του», σχολιάζει στο LiveScience η συν-συγγραφέας της μελέτης Silvia Santos, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.
Ο αμνιακός σάκος είναι ένα γεμάτο με υγρό, βιολογικό μπαλόνι που καλύπτει και προστατεύει το αναπτυσσόμενο έμβρυο. Το υγρό που περιέχει θεωρείται απαραίτητο για την υγιή ανάπτυξη του εμβρύου. Ωστόσο, δεν είναι εύκολο να διερευνηθεί σε ανθρώπους αυτή η αλληλεπίδραση μεταξύ του εμβρύου και του περιβάλλοντός του, εξαιτίας βιοηθικών περιορισμών κυρίως.
Προηγούμενες προσπάθειες μοντελοποίησης του αμνιακού σάκου στο εργαστήριο δεν μπόρεσαν να αναπαράγουν την πολύπλοκη τρισδιάστατη δομή του, η οποία έχει δύο διακριτές κυτταρικές στιβάδες. Επιπλέον, τα μέχρι τώρα αναπτυσσόμενα μοντέλα είχαν ζωή μόνο λίγων ημερών, γεγονός που δυσχεραίνει την κατανόηση της εκτεταμένης διαδικασίας ανάπτυξης.
Αντιθέτως, τα νέα κυτταρικά μοντέλα της Santos, που ονομάζονται αμνιοειδή (PGAs) μετά τη γαστροδούλωση (το στάδιο όπου το έμβρυο περνά από μια απλή δομή σε μια πιο σύνθετη, με τα τρία βασικά βλαστικά φύλλα έτοιμα να διαφοροποιηθούν και να σχηματίσουν τα όργανα του σώματος), μπορούν να επιβιώσουν στα εργαστηριακά τους πιάτα για τουλάχιστον τρεις μήνες και να αναπτυχθούν στον ίδιο βαθμό με έναν αμνιακό σάκο ενός μηνός. Είναι αξιοσημείωτο ότι αναπτύσσονται και σε παρόμοιο μέγεθος, έως περίπου 2,5 εκατοστά. Τα PGA σχηματίζουν επίσης τη διακριτή δομή δύο στρωμάτων του αμνιακού σάκου.
Στη μελέτη η ομάδα της Σάντος χρησιμοποίησε μια νέα μέθοδο κυτταροκαλλιέργειας, ξεκινώντας από εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, τα οποία μπορούν να αναπτυχθούν και να εξελιχθούν σε οποιοδήποτε άλλο τύπο κυττάρου στο σώμα εάν ενισχυθούν με συγκεκριμένα μόρια σηματοδότησης. Η ομάδα εξέθεσε, ανά διαστήματα, αυτά τα κύτταρα σε δύο από αυτά τα μόρια, που ονομάζονται BMP4 και CHIR, συγκεκριμένα προσθέτοντας BMP4 κατά τη διάρκεια των πρώτων 24 ωρών ανάπτυξης και CHIR για άλλες 24 ώρες.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές άφησαν τα κύτταρα ήσυχα σε τρυβλία καλλιέργειας με στρογγυλό πυθμένα. «Τα υπόλοιπα ήταν πλήρης αυτοοργάνωση», που σημαίνει ότι τα ώριμα βλαστοκύτταρα ενορχήστρωσαν τη δική τους συναρμολόγηση σε μια δομή, λέει η Σάντος.
Μεμονωμένα κύτταρα συσσωματώθηκαν στα τρυβλία και σχημάτισαν την ξεχωριστή δομή δύο στιβάδων, γεμάτη με υγρό που είχε αναζητήσει η ομάδα. «Αυτό δείχνει απλώς ότι αυτά τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα έχουν αυτή την εκπληκτική τάση να εξειδικεύονται και να γίνονται τα πάντα όταν τους δοθούν οι σωστές οδηγίες, κάτι για το οποίο εξακολουθώ να είμαι έκπληκτη», είπε η Σάντος.
Η μικροσκοπική εικόνα ενός αμνιοειδούς (PGA) δείχνει ότι είναι ένας σάκος δύο μεμβρανών. Η εσωτερική μεμβράνη αντιπροσωπεύει τα κύτταρα του αμνιακού ενδοδέρματος και τα εξωτερικά εξωεμβρυϊκά κύτταρα του μεσοδέρματος. Ένας σκοτεινός χώρος στη μέση είναι το υγρό μέσα στα PGAs.
Οπλισμένη με τα νέα της μοντέλα, η ομάδα ξεκίνησε να απαντά σε βασικά ερωτήματα σχετικά με το πώς οι αμνιακοί σάκοι επηρεάζουν το περιβάλλον τους.
Επιθυμώντας να μάθουν ποια γονίδια μπορεί να κατευθύνουν τα κύτταρα να μετατραπούν σε PGAs, διερεύνησαν μια μακρά λίστα γονιδίων που υποψιάζονταν ότι μπορεί να επηρεάζουν την ανάπτυξη των κυττάρων, και διαπίστωσαν ότι ένα μόνο γονίδιο, το GATA3, μπορούσε να μετατρέψει τα κύτταρα σε αμνιακούς σάκους χωρίς άλλα σήματα. Η πρωτεΐνη GATA3 κωδικοποιεί έναν παράγοντα μεταγραφής, μια πρωτεΐνη που ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί άλλα γονίδια. Η Santos και η ομάδα της έδειξαν ότι δύο από τα γονίδια που ρυθμίζει η GATA3 είναι τα BMP4 και CHIR, τα ίδια γονίδια που είχε συμπεριλάβει το πρωτόκολλο της καλλιέργειάς τους.
Για να διερευνήσουν πώς ο αμνιακός σάκος μπορεί να επηρεάζει τα κοντινά κύτταρα, οι επιστήμονες ανέμειξαν τα PGA τους με επιπλέον βλαστοκύτταρα, τα οποία δεν είχαν ενισχυθεί για να εξελιχθούν σε κάποιο συγκεκριμένο είδος κυττάρου. Αν αφήνονταν μόνα τους αυτά τα κύτταρα θα συνέχιζαν να υπάρχουν στη μη εξειδικευμένη κατάστασή τους, αλλά δίπλα στα PGA, μετατράπηκαν σε μια σειρά από άλλους «εξωεμβρυϊκούς» τύπους κυττάρων, δείχνοντας ότι ο αμνιακός σάκος ήταν ικανός να οδηγήσει τον μετασχηματισμό των κυττάρων γύρω του.
Η Σάντος και η ομάδα της διερευνούν τώρα πιθανές εφαρμογές για το νέο τους σύστημα. Οι αμνιακοί σάκοι έχουν αντιμικροβιακές και αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες και άτομα που έχουν υποβληθεί σε προγραμματισμένες καισαρικές τομές μπορούν να επιλέξουν να δωρίσουν τους αμνιακούς τους σάκους ως ιστούς για μεταμόσχευση σε θεραπείες εγκαυμάτων ή επισκευές κερατοειδούς. Αυτοί οι ιστοί μπορεί να είναι δύσκολο να τυποποιηθούν, σημειώνει η Σάντος, αλλά τα PGA θα μπορούσαν θεωρητικά να παρέχουν μια αξιόπιστη πηγή αυτών των επιθυμητών κυττάρων.
Καλύτερα μοντέλα του αμνιακού σάκου θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν τους ερευνητές να κατανοήσουν γιατί αυτή η κρίσιμη δομή μερικές φορές δυσλειτουργεί στον άνθρωπο.
