Naukowcy z University College London (UCL) wykazali, że wzrost ciśnienia hydrostatycznego odczuwanego przez zarodek może utrudniać zdrowy rozwój rysów twarzy. Eksperymenty przeprowadzone na mysich, żabich i ludzkich embrionach wykazują podobny schemat fizjologiczny, niezależnie od gatunku. To by oznaczało, że różnice ciśnienia w macicy mogą mieć wpływ na ryzyko wystąpienia wad rozwojowych twarzy. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Cell Biology.
Czytaj też: “Kompletny” ludzki embrion stworzony z komórek macierzystych. Przekroczono kolejną granicę
Prof. Roberto Mayor z UCL Cell & Developmental Biology mówi:
Nasze odkrycia sugerują, że na wady rozwojowe twarzy mogą wpływać nie tylko czynniki genetyczne, ale także czynniki fizyczne występujące w macicy, takie jak ciśnienie. Kiedy organizm doświadcza zmiany ciśnienia, wszystkie komórki – w tym embrion wewnątrz matki – są w stanie to wyczuć.
Twarz człowieka wyrzeźbiona ciśnieniem macicy
Szesnaście tygodni po zapłodnieniu, embrion ma ok. 13 cm długości i waży 150 gramów, czyli mniej więcej tyle, co awokado. Ciało dziecka rośnie szybciej w stosunku do głowy, a na twarzy pojawiają się niepowtarzalne rysy. Okazuje się jednak, że o tym, jak każdy z nas wygląda, zadecydowały nie tylko geny, ale także warunki panujące w macicy.
Czytaj też: Czym jest ludzki embrion? Musimy to przemyśleć
Naukowcy UCL odkryli, że gdy komórki grzebienia nerwowego (czwartego lista zarodkowego) są wystawione na działanie wyższego niż zwykle poziomu ciśnienia, kluczowe szlaki sygnalizacyjne komórek ulegają zakłóceniu, a ryzyko wad rozwojowych twarzoczaszki znacznie wzrasta.
W tzw. indukcji embrionalnej komórki podczas rozwoju są wysyłane różnymi ścieżkami biologicznymi za pomocą sygnałów chemicznych z innych pobliskich tkanek. Naukowcy znają niektóre, ale nie wszystkie, czynniki wyzwalające, które decydują o tym, jak komórki macierzyste interpretują te sygnały.
W szczególności analiza dotyczyła wypełnionej płynem jamy zwanej blastocelem, znajdującej się w pobliżu miejsca rozwoju grzebienia nerwowego. Wykazano, że nacisk na blastocel zmniejsza aktywność białka zwanego Yap, co z kolei upośledza grupę cząsteczek sygnalizacyjnych znanych jako Wnt, które są odpowiedzialne za informowanie grzebienia nerwowego, jak się rozwijać.
Odkrycia mogą mieć również konsekwencje dla badań nad komórkami macierzystymi, ponieważ rozwój i różnicowanie (proces przekształcania się komórek macierzystych w komórki wyspecjalizowane) odbywa się pod wpływem ciśnienia. Zrozumienie tego powiązania może zmienić sposób, w jaki naukowcy manipulują komórkami macierzystymi do różnych celów terapeutycznych.
Prof. Roberto Mayor dodaje:
Nasza praca pokazuje, że zarodki są wrażliwe na nacisk, ale nie wiemy, jak bardzo są wrażliwe. Na przykład, czy zmiana ciśnienia wewnątrz macicy będzie mogła wpłynąć na zarodek? Będzie to wymagało dalszych badań, aby zrozumieć, w jaki sposób zmiany wewnątrz organizmu, a także ciśnienie środowiskowe mogą wpływać na rozwój ludzkiego zarodka.
Badania uzupełniają prace naukowców z UCL nad tym, jak mechaniczne sygnały w macicy mogą wpływać na rozwój rysów twarzy. Już wcześniej odkryli, że komórki rozwijającego się zarodka wyczuwają sztywność innych komórek wokół nich, co też jest ważne w kontekście wzrostu płodu.