Podľa štúdie kmeňové bunky striktne dodržiavajú vrodené načasovanie vývoja - zdravie -
Evolučné hodiny majú pre regeneratívnu medicínu veľký význam, pretože mnohým bunkovým typom trvá dlho, kým dosiahnu zrelosť, čo obmedzuje ich užitočnosť pri terapiách u ľudí. Tím regeneračnej biológie na Morgridgeovom výskumnom ústave vedený priekopníkom kmeňových buniek a profesorom Jamesom Thomsonom z University of Wisconsin-Madison skúma, či je možné v laboratóriu urýchliť rýchlosti diferenciácie kmeňových buniek a rýchlejšie ich sprístupniť pacientom.
V štúdii zverejnenej vo februári v online vydaniach časopisu Developmental Biology vedci z Morgridge testovali prísnosť vývojových hodín v ľudských kmeňových bunkách počas diferenciácie neurónov. Najskôr porovnávali rýchlosti diferenciácie buniek rastúcich v miskách so známymi rýchlosťami rastu ľudských buniek v maternici. Po druhé, pestovali ľudské kmeňové bunky v myšom hostiteľovi obklopenom faktormi, ako je krv, rastové hormóny a signálne molekuly, ktoré sú endemické pre druh, ktorý rastie oveľa rýchlejšie ako človek.
V obidvoch prípadoch - laboratórna miska a rôzne druhy - sa bunky neodchýlili od svojho vrodeného harmonogramu vývoja bez ohľadu na zmeny prostredia.
„Pozoruhodný bol tento veľmi podstatný proces v bunkách,“ hovorí hlavný autor Chris Barry, asistent vedca v Morgridge. „Majú samokódovacie hodiny, ktoré nepotrebujú žiadny vonkajší stimul od matky alebo maternice alebo dokonca susedných buniek, aby poznali svoje tempo vývoja.“
Zatiaľ čo štúdia naznačuje, že bunkové načasovanie je pretrvávajúci proces, laboratórium Thomson skúma množstvo následných štúdií o potenciálnych faktoroch, ktoré by mohli pomôcť bunkám zmeniť ich tempo, hovorí Barry.
Jedným z aspektov štúdie, ktorá má pre biológiu okamžitú hodnotu, je zistenie, že správanie kmeňových buniek v škrupine zodpovedá takmer presne tomu, čo sa deje v prírode.
„Sľubné je, že môžeme zbierať typy kmeňových buniek, umiestňovať ich do tkanivových kultúr a mať väčšiu istotu, že udalosti, ktoré vidíme, sa pravdepodobne stanú vo voľnej prírode,“ hovorí Barry. „Toto je potenciálne skvelá správa pre štúdium embryológie všeobecne, pre pochopenie toho, čo sa deje v maternici, a pre modelovanie chorôb, keď sa môže niečo pokaziť.“
Otvára tiež potenciálne možnosti v embryológii, ktoré by inak boli nemysliteľné - napríklad použitie kmeňových buniek na starostlivé štúdium embryológie veľrýb a iných druhov s oveľa dlhšou (alebo kratšou) mierou gravidity ako človek.
Na presné porovnanie načasovania vývoja pre rôzne druhy s veľmi rozdielnou mierou gravidity - deväť mesiacov verzus tri týždne - použil tím algoritmus s názvom Dynamic Time Warping, ktorý bol pôvodne vyvinutý na rozpoznávanie reči. Tento algoritmus roztiahne alebo stlačí časový rámec jedného druhu tak, aby zodpovedal podobným vzorcom génovej expresie u ostatných druhov. Pomocou tohto postupu identifikovali viac ako 3 000 génov, ktoré sa rýchlejšie regulujú u myší, a nenašli žiadne, ktoré sa rýchlejšie regulujú v ľudských bunkách.
Vplyv riešenia hlavolamu na úrovni bunky môže byť obrovský, hovorí Barry. Napríklad bunkám centrálneho nervového systému trvá mesiace, kým sa vyvinú do funkčného stavu, príliš dlho na to, aby boli terapeuticky účinné. Ak vedci dokážu tento čas skrátiť na niekoľko týždňov, mohli by sa z jednotlivých pacientov vypestovať bunky, ktoré by mohli pôsobiť proti závažným chorobám, ako je Parkinsonova choroba, roztrúsená skleróza, Alzheimerova choroba, Huntingtonova choroba a poranenia miechy.
„Ak sa zistí, že tieto hodiny sú univerzálne pre rôzne typy buniek,“ pozrime sa na Barryho, „pozrite sa na účinky širokého spektra účinkov na telo.“