Các tế bào gốc phổ biến cho sự đồng phát triển của tim và phổi giải thích sự thích nghi của cuộc sống

Thứ ba, ngày 23 tháng 7 năm 2013. - Trong một bài báo mới được xuất bản trong tuần này trên tạp chí 'Tự nhiên', một nhóm nghiên cứu từ Trường Y khoa Perelman tại Đại học Pennsylvania, Hoa Kỳ, đã chứng minh rằng mạch máu phổi, các mạch máu kết nối với nhau tim đến phổi phát triển ngay cả khi không có phổi. Những con chuột trong đó sự phát triển của phổi bị ức chế vẫn có các mạch máu phổi, điều này tiết lộ cho các nhà nghiên cứu rằng các chất dẫn truyền tim, hay tế bào gốc, rất cần thiết cho sự phát triển của tim phổi.
Sự phát triển của sự thích nghi với sự sống trên trái đất đã khiến các nhà sinh vật học bối rối từ lâu, họ biết rằng sự đồng phát triển của hệ thống tim mạch và phổi là sự thích nghi tiến hóa gần đây với sự sống bên ngoài nước, nghĩa là sự kết hợp của chức năng của tim với chức năng trao đổi khí của phổi, một trong những cơ quan gần đây nhất đã phát triển ở động vật có vú và chắc chắn là quan trọng nhất đối với sự sống trên cạn.
Sự trưởng thành phối hợp của các tế bào của hai hệ thống này được minh họa trong quá trình phát triển phôi, khi các tế bào tiền thân nguyên thủy của phổi nhô vào các tế bào tiền thân tim nguyên thủy khi hai cơ quan phát triển song song để hình thành tuần hoàn tim phổi. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về các tín hiệu phân tử hướng dẫn sự phát triển đồng thời và làm thế nào một tế bào tiền thân chung cho cả hai cơ quan có thể ảnh hưởng đến bệnh lý của các bệnh liên quan, chẳng hạn như tăng huyết áp phổi.
Nhóm nghiên cứu của Penn, dẫn đầu bởi Edward E. Morrisey, giáo sư Y học và Sinh học tế bào và phát triển và giám đốc khoa học của Viện Y học tái sinh Penn, đã xác định được một quần thể các tế bào tiền thân trung mô phổi đa nhân mà họ gọi là CPP, có thể được phân biệt với nhiều người. các tế bào phôi ban đầu khác bằng sự biểu hiện của một phân tử tín hiệu được nghiên cứu kỹ, Wnt2.
"Chúng tôi tự hỏi liệu những tế bào tiền thân này có khả năng tạo ra tim và phổi hay không - theo dữ liệu của chúng tôi cho thấy có những tế bào Wnt2 dương tính trước khi phát triển phổi và giúp điều phối sự phát triển của phổi và tim bằng cách tạo ra các tế bào trong cả hai mô. "
Câu hỏi về cách phổi phát triển và kết nối với hệ thống tim mạch đã thu hút đội ngũ phòng thí nghiệm của Morrisey trong nhiều năm. "Một điều khá rõ ràng đối với bất kỳ ai đã nghiên cứu về giải phẫu của hầu hết các động vật trên cạn là tim và phổi có mối liên hệ mật thiết với nhau. Điều này được phản ánh ngay cả trong y học lâm sàng, ở nhiều nơi, bao gồm Trường Y khoa Perelman, Bộ phận Y học Tim mạch đã từng được gọi là Bộ phận Y học Tim phổi, "ông Morrisey nói.
Phòng thí nghiệm của Morrisey bắt đầu nghiên cứu bằng cách đặt ra một số câu hỏi đơn giản: làm thế nào để phổi và tim cùng phát triển và các tín hiệu quan trọng điều chỉnh quá trình này là gì? Bước đột phá trong công việc này xuất hiện khi nhóm nghiên cứu mô tả kiểu biểu hiện của gen Wnt2.
"Wnt2 được thể hiện ở một nơi duy nhất trong phôi thai, chính xác là giữa lúc bắt đầu của tim và ống ruột, từ đó phổi sẽ phát sinh", nhà khoa học này nói. Điều này cho phép các tác giả tạo ra một hệ thống mô hình ở chuột, có giải phẫu tim phổi rất giống với con người, và điều tra xem liệu các tế bào dương tính Wnt2 có thể phối hợp sự phát triển của tim và phổi hay không.
Bằng cách theo dõi dòng tế bào này, họ đã chỉ ra rằng các tế bào Wnt2 tạo ra các dòng vô tính riêng lẻ, từ đó tạo ra cả mô tim và phổi, bao gồm tế bào cơ tim và tế bào mạch máu như cơ trơn mạch máu. Do đó, họ phát hiện ra rằng CPP có khả năng tạo ra phần lớn các loại tế bào phôi sớm trong tim và phổi. Các nghiên cứu này cũng cho thấy các dòng tế bào khác nhau trong phổi có liên quan, ví dụ, cơ trơn mạch máu và đường dẫn khí có một tế bào tiền thân phổ biến trong phổi.
Sự phát triển của CPP được điều hòa bởi sự biểu hiện của một loại protein nổi tiếng khác gọi là 'nhím', cần thiết cho sự kết nối thích hợp của mạch máu phổi với tim. Các nghiên cứu này cho thấy, "con nhím", cũng được biểu hiện bởi các tế bào tiền thân phổi sớm, giúp thúc đẩy CPP phân biệt thành thành cơ trơn của mạch máu phổi.
Những phát hiện này xác định một quần thể mới của nhiều tổ tiên tim phổi mạnh mẽ phối hợp sự phát triển của tim và phổi, cần thiết cho sự thích nghi với sự tồn tại trên mặt đất. Ngoài ra, chúng cũng có ý nghĩa quan trọng đối với các bệnh ảnh hưởng đến cả hai cơ quan, chẳng hạn như tăng huyết áp phổi, vì không rõ liệu tăng huyết áp phổi chủ yếu là bệnh phổi hay nếu có cả khiếm khuyết nội tại trong tim hoặc hệ thống tim mạch.
Việc xác định CPP có thể cung cấp dữ liệu quan trọng về tăng huyết áp phổi và các bệnh khác bằng cách xác định một tế bào tiền thân chung cho cả hai cơ quan. Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc CPP có tồn tại trong hệ thống tim phổi trưởng thành hay không và liệu chúng có vai trò trong phản ứng của phổi và tim đối với chấn thương hoặc bệnh tật.
Nguồn: