Conform studiului, celulele stem aderă strict la momentul înnăscut al dezvoltării - sănătate -
Ceasurile evolutive au o mare importanță pentru medicina regenerativă, deoarece multe tipuri de celule necesită mult timp pentru a ajunge la maturitate, ceea ce le limitează utilitatea pentru terapii la oameni. Echipa de biologie regenerativă de la Morgridge Institute for Research, condusă de pionierul celulelor stem și profesorul James Thomson de la Universitatea din Wisconsin-Madison, investighează dacă ratele de diferențiere a celulelor stem pot fi accelerate în laborator și puse la dispoziția pacienților mai repede.
Într-un studiu publicat în februarie, edițiile online ale revistei Developmental Biology, oamenii de știință Morgridge au testat stringența ceasului de dezvoltare în celulele stem umane în timpul diferențierii neuronale. În primul rând, au comparat ratele de diferențiere a celulelor care cresc în vase cu ratele de creștere cunoscute ale celulelor umane din uter. În al doilea rând, au crescut celulele stem umane într-o gazdă de șoarece înconjurată de factori precum sânge, hormoni de creștere și molecule de semnalizare care sunt endemice unei specii care crește mult mai repede decât oamenii.
În ambele cazuri - vas de laborator și diverse specii - celulele nu s-au abătut de la programul lor înnăscut pentru dezvoltare, indiferent de modificările de mediu.
„Ceea ce am găsit remarcabil a fost acest proces foarte intrinsec în celule”, spune autorul principal Chris Barry, un om de știință asistent la Morgridge. Ei au ceasuri de auto-codificare care nu au nevoie de nici un stimul extern de la mama sau uter sau chiar celule invecinate pentru a-si cunoaste ritmul de dezvoltare.
În timp ce studiul sugerează sincronizarea celulară este un proces persistent, laboratorul Thomson analizează o serie de studii de urmărire asupra potențialilor factori care ar putea ajuta celulele să-și schimbe ritmul, spune Barry.
Un aspect al studiului care are o valoare biologică imediată este constatarea că comportamentul celulelor stem din coajă corespunde aproape exact cu ceea ce se întâmplă în natură.
„Lucrul promițător este că putem recolta tipuri de celule stem, le putem plasa în culturi de țesuturi și să fim mai încrezători că evenimentele pe care le vedem sunt susceptibile să se întâmple în sălbăticie”, spune Barry. Aceasta este o veste potențial excelentă pentru studierea embriologiei în general, pentru înțelegerea a ceea ce se întâmplă în uter și pentru modelarea bolii atunci când lucrurile pot merge prost.
De asemenea, deschide căi potențiale în embriologie care altfel ar fi fost de neconceput - de exemplu, utilizarea celulelor stem pentru a studia cu atenție embriologia balenelor și a altor specii cu rate de sarcină mult mai lungi (sau mai mici) decât oamenii.
Pentru a compara cu exactitate momentul dezvoltării pentru diferite specii cu rate de sarcină foarte diferite - nouă luni față de trei săptămâni - echipa a folosit un algoritm denumit Dynamic Time Warping, care a fost inițial dezvoltat pentru recunoașterea tiparelor de vorbire. Acest algoritm va întinde sau comprima intervalul de timp al unei specii pentru a se potrivi cu modele similare de expresie genică la celelalte specii. Folosind această procedură, au identificat mai mult de 3.000 de gene care se reglează mai repede la șoareci și nu au găsit niciuna care să se regleze mai repede în celulele umane.
Impactul rezolvării puzzle-ului celular-timp ar putea fi uriaș, spune Barry. De exemplu, celulele sistemului nervos central durează luni până se dezvoltă într-o stare funcțională, mult prea lungă pentru a fi eficiente terapeutic. Dacă oamenii de știință pot reduce acest timp la săptămâni, celulele ar putea fi crescute de la pacienți individuali care ar putea contracara boli grave precum Parkinson, scleroza multiplă, Alzheimer, boala Huntington și leziunile măduvei spinării.
"Dacă se constată că aceste ceasuri sunt universale pentru diferite tipuri de celule", spune Barry, "uită-te la efectele unei game largi asupra corpului."