Всего несколько клеток эмбриона – это все, что нужно для формирования внешнего слоя перекачивающей сердечной мышцы у взрослых рыбок данио.
Исследователи из Медицинского центра Университета Дьюка использовали эмбрионы рыбок данио и тщательно применили новую технику, которая позволяет наносить до 90 цветных меток на разные клетки для отслеживания отдельных клеток и клеточных линий по мере формирования сердца.
Ученые были удивлены тем, как мало клеток пошло на формирование критической структуры органа, и они подозревают, что другие органы могут формироваться аналогичным образом, сказал Кеннет Посс, доктор философии.D., профессор кафедры клеточной биологии Герцога и Медицинского института Говарда Хьюза.
Исследование будет опубликовано в журнале Nature 25 апреля.
"Самым удивительным аспектом этой работы является то, что очень небольшое количество кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы) у растущего животного может дать начало тысячам кардиомиоцитов, которые образуют стенку сердечного желудочка," сказал Викас Гупта, ведущий автор, который участвует в программе подготовки медицинских ученых Duke для M.D. и Ph.D. градусы.
Гупта обнаружил, что около восьми отдельных клеток способствовали формированию основного типа сердечной мышцы в стенке сердца рыбок данио – и всего одна или две клетки могут создавать от 30 до 70 процентов всей поверхности желудочков.
"Подобное клональное доминирование – свойство некоторых типов стволовых клеток, и это новая концепция формирования органа в процессе развития," Посс сказал.
Еще одним сюрпризом стало то, как участки клонированных клеток образовывали мышцы.
"Это было совершенно неожиданно," Гупта сказал. "Я думал, что стена просто утолщится на месте, но вместо этого была сеть клеток, которая волной охватывала желудочек. Как будто клетка на вашем плече выросла тонким слоем новых клеток на поверхности вашей руки."
Гупта сказал, что это открывает область для исследования, чтобы увидеть, повторяется ли подобный процесс в сердцах млекопитающих и, возможно, в других внутренних органах.
Посс сказал, что клоны клеток, по-видимому, обладают способностью покрывать как можно большую часть поверхности желудочков, прежде чем другие клетки начнут появляться и расти на поверхности.
"Мы подозреваем, что мышечные клетки, инициирующие большие клоны, мало чем отличаются от других мышечных клеток ?? они просто сначала выходят на поверхность сердца," Посс сказал.
Они использовали аналогию с сперматозоидом, который первым попадает в яйцеклетку среди всех миллионов возможных сперматозоидов.
Посс сказал, что способ, которым эти мышечные клетки окружают сердце, может привести к новым методам лечения.
"Исследователи могут направить этот процесс развития, чтобы помочь поврежденным или отказавшим сердцам нарастить мышцы, которые укрепят стенки желудочков," он сказал. "Кто-то, у кого был сердечный приступ, хотел бы, чтобы эта способность генерировала новые мышцы, чтобы естественным образом покрывать шрам, и привлекательно думать, что помощь может исходить от небольшого количества мышечных клеток в популяции."
Техника цветовой маркировки была первоначально разработана другими биологами и имела решающее значение, чтобы позволить исследователям отслеживать популяции сердечных клеток.
"Вы можете пометить отдельные клетки очень рано в эмбрионе постоянным цветом, и эти клетки и их потомство сохранят этот цвет," Посс сказал. "Вы можете узнать, что сделал отдельный кардиомиоцит, его сосед, сосед этой клетки и так далее, пока не охватите большую часть всего желудочка развивающейся рыбки данио."
Посс сказал, что имеет смысл, что этот процесс роста работает путем постепенного наслоения, особенно в отношении сердца. "Это предположительно, но для сердца, чтобы поддерживать кровообращение у относительно медленно растущего животного, подобный процесс построения сердца может быть способом постепенного увеличения его кровообращения, чтобы не отставать."