Едно ново истражување ја доведува во прашање досегашната слика за тоа како од ембрионалните клетки се создава еден од најсложените органи во природата. Истражувањето открива ефикасен начин за одгледување клетки од задниот дел на мозокот од матични клетки.
Како се создава мозок? Прашањето звучи едноставно, но одговорот е една од најголемите загатки на развојната биологија. Со децении преовладуваше сликата дека целиот мозок потекнува од една заедничка популација на почетни прогениторни нервни клетки, кои подоцна се разгрануваат и создаваат различни мозочни региони. Но, едно ново истражување, објавено деновиве во Nature Neuroscience, предлага дека приказната можеби започнува поинаку.
Имено, резултатите укажуваат дека наместо еден заеднички „почеток“, мозокот уште во најраните фази од ембрионалниот развој се формира од две паралелни популации на прогениторни клетки т.н. неврален ектодерм.
Истражувачите од Универзитетот Стенфорд ги следеле клетките во развојот на ембриони од глушец. Резултатот бил впечатлив – предните и средните делови на мозокот потекнуваат од една популација додека задниот мозок се развива од друга, одделна популација.
Тоа не значи дека возрасниот мозок е составен од два независни органи. Напротив, неговите делови се тесно поврзани и функционираат како единствен систем. Но, нивната клеточна историја можеби започнува од две различни развојни линии.
За да ја проверат оваа идеја, научниците користеле таканаречено следење на клеточната лоза. Со молекуларни ознаки можеле да утврдат од кои рани клетки подоцна настануваат различните делови од мозокот. За оваа цел тимот користел техника на ткивно боење и секвенционирање на РНК за поблиско испитување на мозок од ембрион на глушец 7,5 дена по зачнувањето. Веќе во овој момент тие можеле да препознаат два одделни кластера на прогениторни клетки. Потоа истражувачите користеле црвени флуоресцентни маркери за да ги обележат клетките прекурсори коишто се експресии на генот за формирање на задниот дел од мозокот и да следат каде всушност овие клетки завршиле во масата на веќе зрелиот мозок. Притоа било забележано дека задниот дел од мозокот 'поцрвенел', што не било случај и со предниот дел.
Истата поделба ја испитувале и со човечки плурипотентни матични клетки – клетки способни да се развијат во речиси секој тип ткиво. Кога истражувачите ги насочиле кон различни развојни патеки, забележале нешто важно: клетките веќе биле „предодредени“ за одредена развојна судбина. При истражувањето, развојот на клетките бил насочен кон двата рани клеточни типа, а потоа тие биле изложени на хемиски сигнали. Едната популација лесно созревала кога добивала сигнал за развој во клетки карактеристични за предниот и средниот мозок, но одбивала да напредува кога добивала сигнал за задниот дел од мозокот.
Особено интересно е што научниците успеале од човечки матични клетки да создадат моторни неврони од задниот мозок – тип клетки што досега било тешко ефикасно да се добијат во лабораторија. Тие неврони имаат важна улога во контролирањето на движења како голтањето. Ова може да биде значајно за истражувањата на заболувања што ги оштетуваат моторните неврони, меѓу кои се амиотрофичната латерална склероза (АЛС) и спиналната мускулна атрофија. Подобриот начин за создавање на овие клетки во лабораторија може да овозможи попрецизни модели на болеста и тестирање потенцијални терапии за низа навродегенеративни болести.
Можеби најнеобичниот дел од истражувањето доаѓа од еволутивната перспектива. Двете развојни популации не биле пронајдени само кај глувците и човекот. Истражувачите идентификувале слични клеточни потписи и кај мајмуните, кокошките и кај зебрастите риби, но и кај многу поедноставен морски без'рбетник – желадниот црв (Saccoglossus kowalevskii). Тоа укажува дека оваа поделба во развојот можеби е исклучително древна, со оглед на тоа што заедничкиот предок на човекот живеел пред најмалку 500 милиони години, во време пред формирање на суперконтинентот Пангеа.
Одговорите во врска со овој систем со двојно потекло можеби се кријат кај медузите, чие еволутивно стебло се одвоило од она на Хомо сапиенсот многу порано отколку стеблото на желадниот црв. Имено, многу видови медузи имаат два одделни нервни система, а истражувачите претпоставуваат дека еволуцијата можеби тргнала од два одделни нервни система и во линијата што водела кон човекот тие биле „турнати заедно“ во нешто што денес изгледа како единствен интегриран мозок.
Сепак, научната приказна не е затворена. Авторите предлагаат модел според кој мозокот е композитен орган изграден од две развојно ограничени клеточни линии, но не сите се убедени дека судбината на прогениторните клетки е неповратно определена. Резултатите на други истражувачи укажуваат дека не може целосно да се исклучи можноста за заедничка фаза во најраниот развој, макар и мошне краткотрајна, период во кој прогениторните клетки можат да 'избегаат од својата судбина' и да се впуштат во развојот на друг дел од мозокот.
Она што е сигурно е дека едноставната слика за една единствена почетна клеточна популација повеќе не изгледа толку едноставна. А токму ваквите промени во нашето разбирање на најраните чекори од развојот можат да откријат зошто мозокот станува толку сложен – и зошто понекогаш неговиот развој може да тргне во погрешна насока.
Резултатите од ова истражување би можеле да помогнат во потрагата по третмани за невродегенеративни болести, како што се АЛС и спинална мускулна атрофија (СМА) – водечка генетска причина за смртност кај доенчињата.