به گزارش سیناپرس، مارینا سانکی ماتسومیا تا زمانی که به یاد دارد می‌خواست مکانیسم‌های شکل‌دهی به استخوان‌هایی را که اسکلت‌های ما را تشکیل می‌دهند، درک کند. این زیست شناس تکوینی که با یک بیماری اسکلتی ژنتیکی متولد شد، ابتدا یک مدل آزمایشگاهی برای مطالعه بافت‌های جنینی موش گذرا به نام سومیت‌ها که ستون فقرات را تشکیل می‌دهند، ایجاد کرد. او سپس به آزمایشگاه میکی ابیسویا در پردیس EMBL در بارسلونا به عنوان یک دانشجوی فوق دکترا پیوست تا این کار را ادامه دهد. کار با سلول های بنیادی پرتوان القایی انسان (iPSCs). در یک مطالعه اخیر سانکی ماتسومیا در Nature Communications، نحوه ایجاد ارگانوئیدهای (شبه ارگان ها) سومیتی انسانی یا سومیتوئیدها را توضیح داد که توسعه بافت را در داخل بدن تقلید می کنند.
چرا نیاز به مطالعه تشکیل سومیت انسانی در شرایط آزمایشگاهی وجود دارد؟
سومیتوژنز یک فرآیند تکوینی پیچیده است که امواج تغییرات بیان ژن را در فواصل زمانی دقیق به نام ساعت تقسیم‌بندی از طریق مزودرم (یک لایه جنینی) پیش‌سومیتی ارسال می‌کند تا سومیت‌ها در انتهای پیشین بافت جوانه بزنند. ما سومیتوژنز را در ارگانیسم‌های مدل مانند موش، جوجه و گورخرماهی مطالعه می‌کنیم، اما در حالی که روند کلی بسیار مشابه است، تفاوت‌های مهمی وجود دارد. از آنجایی که تشکیل سومیت در طول جنین زایی صورت می گیرد، ما نمی توانیم چگونگی رشد این بافت در انسان و یا اینکه چگونه جهش هایی که باعث بیماری های اسکلتی در انسان می شوند بر این فرآیند تأثیر می گذارند، مطالعه کنیم. به همین دلیل است که ما می‌خواستیم یک مدل آزمایشگاهی ایجاد کنیم که تشکیل و تمایز سومیت را در انسان تقلید کند.
چگونه سومیتوئیدها را پرورش می دهید؟
ما با کشت iPSCهای انسانی شروع می‌کنیم و توده‌هایی را در چاهک های U شکل پایین صفحات آزمایشگاهی تشکیل می‌دهیم. سپس ما محیط کشت پایه را برای یک محیط القایی تغییر می دهیم که باعث تمایز تجمعات سلولی به مزودرم پیشومیتی می شود و سپس تجمع های سلولی بیضی شکل را در Matrigel می پوشانیم تا از رشد آنها حمایت کنیم. در این لحظه، بافت ها به طور خود به خود سازمان دهی می شوند و یک محور قدامی-خلفی را تشکیل می دهند. این نیز زمانی است که ژن‌هایی با اثر بر روی زمان تقسیم‌بندی القا می‌شوند، بنابراین ما می‌توانیم امواج نوسانی بیان ژن را ببینیم که از قسمت خلفی به انتهای قدامی بافت می‌رود. هنگامی که این امواج به انتهای قدامی می رسند، جمعیتی از سلول ها را وادار می کند تا تبدیل به بافت پوششی شوند و یک سومیت را به هم بچسبانند. این فرآیند در سومیتوئید انسانی حدود پنج تا شش ساعت طول می‌کشد، اما در موش‌ها فقط دو تا سه ساعت طول می‌کشد، بنابراین زمان‌بندی این فرآیند بین گونه‌ها کاملاً متفاوت است. به طور متوسط، هر مجموعه حدود 10 سومیت تشکیل می دهد.
کدام بخش از این فرآیند شما را بیشتر به چالش کشید؟
وی افزود: سخت ترین بخش این پروژه بهینه سازی پروتکل بود. ما بیش از دو سال را صرف تغییر هر مرحله و معرف کردیم، اما هنوز نتوانستیم رشد سومیت ها را ببینیم. آخرین واکنشی که من تغییر دادم محیط پایه ای بود که ارگانوئیدها را در آن پرورش می دهیم. مارک های تجاری مختلف را امتحان کردم، اما هیچ کدام جواب نداد. در نهایت، به محیط کشتی که خود ساخته بودم بازگشتم که در دوره دکترا برای رشد بافت‌های سومیت مانند از سلول‌های بنیادی جنینی موش (ESC) استفاده کردم. با وجود اینکه این محیط پایه دارای ترکیبی مشابه با همتای تجاری خود است، اما تنها چیزی که خودمان ساخته ایم از سومیتوژنز پشتیبانی می کند. بنابراین، شما واقعاً باید با پشتکار باشید. توسعه پروتکل زمان زیادی می برد و جنبه های مختلفی وجود دارد که می توانید آنها را تغییر دهید.
مراحل بعدی شما برای این پروژه چیست؟
وی پاسخ داد: اکنون که مدلی در شرایط آزمایشگاهی ایجاد کرده‌ایم که سومیتوژنز انسان را خلاصه می‌کند، هدف ما درک بهتر مکانیسم‌هایی است که ساعت تقسیم‌بندی و زمان‌بندی آن را تنظیم می‌کنند. برای انجام این کار، ما قصد داریم یک باغ وحش somitoid ایجاد کنیم، که با استفاده از همان پروتکل برای ایجاد somitoids از موش، خرگوش، گاو و دیگر حیوانات است. ما ESC و iPSC از گونه‌های بسیاری داریم که از طریق همکاران فوق‌العاده به دست آمده‌اند، و می‌خواهیم مکانیسم‌های زیربنای سومیتوژنز و تفاوت آن بین ارگانیسم‌های مختلف را بهتر درک کنیم. آزمایشگاه ما همچنین دیزوستوز اسپوندیلوکوستال، یک بیماری اسکلتی که بر ستون فقرات و دنده ها تأثیر می گذارد، مطالعه می کند. ما در حال تلاش برای شناسایی ژن‌هایی هستیم که باعث ایجاد این وضعیت از طریق توالی‌یابی کل ژنوم می‌شوند و برنامه‌ای برای توسعه مدل‌های somitoid با استفاده از iPSCs از بیماران برای درک بهتر آنچه در طول رشد اسکلتی رخ می‌دهد، داریم.
منبع: the-scientist.com
مترجم: سید سپهر ارومیهء