Чтобы в режиме реального времени более подробно рассмотреть развитие плода и лучше понять потенциальные причины врожденных дефектов и других проблем со здоровьем, ученые обратились к источнику, о котором мало кто подозревает: перепелиным яйцам. Исследование опубликовано в журнале The Journal of Cell Biology.
На самом деле, наши самые ранние стадии развития как живых существ похожи на стадии развития перепелов, и поскольку их эмбрионы растут внутри яиц, их можно относительно легко сканировать. Птичьи яйца долгое время были излюбленным объектом изучения ученых для изучения эмбрионов.
Здесь исследователи из Австралии использовали яйца, несущие перепелов, выведенных для экспрессии флуоресцентного пептида, который связывается с актиновыми белками, формирующими структуру раннего эмбриона, называемого актиновым цитоскелетом. Этот подход позволил им наблюдать, как клетки мигрируют и объединяются для формирования органов.
«Впервые мы увидели высококачественную визуализацию важных ранних процессов развития в режиме реального времени», — говорит специалист по биологии развития Мелани Уайт из Университета Квинсленда. «До сих пор большая часть наших знаний о постимплантационном развитии основывалась на исследованиях на статичных слайдах в фиксированные моменты времени».
Команда смогла увидеть самые ранние стадии формирования сердца, головного и спинного мозга. Для захвата флуоресцентного маркера, который описывал движение клеток, использовались различные микроскопические инструменты.
Одним из сделанных наблюдений было то, что нервная трубка, предшественница центральной нервной системы, «застегивалась» по мере соединения клеток.
«Мы увидели, как клетки протягивали свои выступы через открытую нервную трубку, чтобы соприкоснуться с противоположной стороной — чем больше выступов образовывали клетки, тем быстрее застегивалась трубка», — объясняет Уайт. «Если этот процесс пойдет не так или будет нарушен и труба не закроется должным образом в течение четвертой недели развития человека, у эмбриона возникнут дефекты головного и спинного мозга».
Аналогичные связи были созданы и в стволовых клетках , которые в конечном итоге сформировали сердца перепелов.
«Нам удалось получить изображение филоподий из стволовых клеток сердца глубоко внутри эмбриона, когда они впервые вступили в контакт, выставив выступы и сцепившись с окружающей средой и друг с другом, образовав раннее сердце», — говорит Уайт. «Это первый случай, когда удалось запечатлеть актиновый цитоскелет клетки, обеспечивающий этот контакт в режиме реального времени».
Помимо того, что это исследование предлагает захватывающий взгляд на раннюю жизнь, оно также важно для расширения наших знаний о том, как и почему возникают врожденные дефекты. Когда процессы связи нарушаются, это может привести к проблемам для развивающегося младенца.
Наблюдение за тем, как эти биологические преобразования происходят в реальном времени и в самых малых масштабах, должно быть полезным в будущем для смягчения или, по крайней мере, выявления риска врожденных дефектов. Сейчас команда планирует провести еще много исследований перепелиных яиц с использованием этого процесса.
Ученые продолжают совершенствовать свои модели и понимание того, что происходит в утробе матери, и благодаря этому мы можем работать над тем, чтобы сделать больше беременностей максимально здоровыми.
«Наша цель — найти белки или гены, которые можно будет использовать в будущем для скрининга врожденных дефектов», — говорит Уайт. «Мы очень рады возможностям, которые теперь предлагает эта новая модель перепелов для изучения развития в режиме реального времени».
