Video pertama yang luar biasa tentang pembentukan embrio – yang diharapkan para ilmuwan akan memecahkan misteri medis

Para ilmuwan telah menangkap contoh pertama pembentukan embrio tahap awal, yang dapat membantu memecahkan 'misteri' tentang bagaimana cacat lahir bawaan dimulai pada manusia.

Para peneliti Australia menyaksikan dengan takjub saat sel-sel embrio burung puyuh merangkak di sekitar struktur pendukung berbasis proteinnya — mengatur diri mereka sendiri menjadi bentuk paling awal dari jantung dan fase pertama dari tulang belakang dan otaknya, yang disebut 'tabung saraf.'

Sebuah teknik inovatif yang menggunakan protein fluoresensi digunakan untuk menerangi sel-sel ini di dalam embrio kecil, saat tim merekam momen-momen awal pembentukannya.

Karena kemiripan embrio burung puyuh dengan manusia pada fase awal ini, para peneliti kini berencana untuk mempelajari secara langsung kesalahan awal apa saja yang dilakukan sel-sel embrio ini yang dapat menyebabkan cacat lahir, agar dapat membantu meningkatkan perawatan bagi manusia di masa mendatang.

Para peneliti – ilmuwan biologi molekuler dari University of Queensland di Australia – melaporkan bahwa video-video baru ini dapat segera membantu pengobatan modern memahami cacat lahir bawaan dan cara memperbaikinya. Di atas, gambar diam dari tulang belakang dan pembentukan otak embrio di tahap awal

Di atas, gambar diam selanjutnya dari pembentukan tulang belakang dan otak embrio di tahap awal

Sekitar tiga persen dari seluruh bayi manusia lahir dengan cacat lahir bawaan, kata penulis utama studi tersebut, yang paling umum adalah cacat jantung dan cacat tabung saraf.

Satu-satunya perawatan yang tersedia adalah operasi yang dilakukan beberapa hari setelah kelahiran, tetapi pada kasus yang lebih buruk, transplantasi untuk cacat jantung mungkin diperlukan.

Para ilmuwan dari Universitas Queensland menciptakan embrio burung puyuh hasil rekayasa genetika yang terbentuk sambil juga menghasilkan protein fluoresensi reflektif yang disebut Kehidupan.

Gen untuk menciptakan protein Lifeact ini ditanamkan ke embrio burung puyuh hidup melalui suntikan langsung ke sel germinal primordial yang beredar dalam darah.

'Burung [meaning birds, like quail] embrio adalah model perkembangan manusia yang sangat baik,' menurut Dr Melanie White, terutama pada fase awal pertumbuhan ini.

'Perkembangan banyak organ utama termasuk jantung dan tabung saraf (yang kemudian membentuk otak dan sumsum tulang belakang) sangat mirip,' katanya.

Embrio puyuh juga lebih mudah direkam saat masih hidup saat mereka tumbuh, karena cangkang telur yang tipis memudahkan teknologi medis untuk mengintip dan meninggalkannya tanpa gangguan.

'Sangat sulit untuk memfilmkan tahap-tahap perkembangan embrio ini karena terjadi setelah embrio manusia tertanam dalam rahim ibu,' jelas Dr. White.

“Karena burung puyuh tumbuh di dalam telur, mereka sangat mudah diakses untuk pencitraan,” katanya, “dan perkembangan awal mereka sangat mirip dengan manusia pada saat itu. [human] 'implan embrio di rahim.'

Di atas, cahaya dari protein fluoresens menyingkapkan perancah awal embrio, yang disebut 'skeleton aktin', yang memberi bentuk pada sel dan membantu mereka bergerak. Protein fluoresens berikatan secara selektif dengan aktin, yang juga merupakan protein, yang memberikan definisi pada struktur embrio awal ini.

Cahaya dari protein fluoresensi ini menyingkapkan perancah protein awal embrio yang disebut 'skeleton aktin' — yang memberi sel bentuk untuk melekat dan membantu mereka bergerak.

Protein fluoresensi ini terikat secara selektif pada aktin, yang juga merupakan protein, yang menyala dan memberikan definisi pada struktur embrio awal ini.

Dengan penerangan ini, para peneliti dapat merekam pembentukan tonjolan seperti lengan pada sel-sel individual (lamellipodia dan filopodia), yang membantu sel-sel merangkak di sepanjang dukungan protein sitoskeleton ke tempat yang tepat.

Dr. White dan rekan-rekannya mendokumentasikan sel-sel induk jantung jauh di dalam embrio saat mereka naik ke posisi pada sitoskeleton ini untuk menyusun jantung awal.

“Ini adalah pertama kalinya seseorang menangkap aktin sitoskeleton sel yang memfasilitasi kontak ini dalam pencitraan langsung,” kata Dr. White dalam sebuah pernyataan. penyataan.

“Salah satu hal utama yang tidak kita ketahui adalah informasi dinamis mengenai bagaimana embrio mengkoordinasikan pergerakan, posisi dan nasib sel-selnya untuk berpindah dari satu tahap ke tahap berikutnya,” seperti yang dijelaskan oleh Dr. White mengenai tujuan dari video baru ini. Berita Mingguan.

'Informasi ini hanya dapat diperoleh dengan menggunakan pendekatan pencitraan langsung di mana kita dapat melacak bagaimana jaringan embrio berubah seiring waktu,' katanya.

'Bagaimana sel berinteraksi satu sama lain dan bergerak dalam waktu nyata untuk terorganisir menjadi jaringan kompleks dalam embrio yang sedang terbentuk masih sebagian besar menjadi misteri,' menurut Dr. White.

Salah satu peristiwa penting lainnya yang didokumentasikan oleh teknik tim Queensland adalah 'penyimpulan' sel-sel di sepanjang tepi panjang yang terbuka pada tabung saraf embrio.

Seperti burrito atau bungkus, sel-sel terlipat menjadi bentuk seperti tabung dan tersegel dalam tabung dengan gerakan seperti ritsleting saat lamellipodia dan filopodia sel yang menyerupai lengan kecil saling terhubung.

Setelah tertutup, tabung saraf yang baru terbentuk ini akan terus tumbuh dan matang menjadi bentuk masa depannya sebagai otak dan sumsum tulang belakang.

“Kami melihat bagaimana sel-sel menjangkau tabung saraf yang terbuka dengan tonjolannya untuk menghubungi sisi yang berlawanan,” kata Dr. White.

“Semakin banyak tonjolan yang terbentuk sel, semakin cepat tabung itu bergerak.”

Di atas, gambar menunjukkan gerakan 'ritsleting' saat 'tabung saraf' embrio dibentuk oleh tonjolan seperti lengan masing-masing sel – lamellipodia dan filopodia – yang saling berpegangan.

Di atas, para peneliti berhasil merekam pembentukan tonjolan mirip lengan pada sel-sel individual – yang membantu sel-sel merangkak di sepanjang penyangga protein sitoskeleton ke tempat yang tepat. Pada gambar di atas, lengan-lengan sel saling terhubung untuk menutup dinding tabung saraf.

Proses inilah, katanya, yang sering kali 'berjalan tidak semestinya atau terganggu' selama minggu keempat perkembangan manusia — yang menyebabkan cacat lahir bawaan pada otak atau tulang belakang, baik yang diwarisi atau disebabkan oleh faktor lingkungan.

'Tujuan kami adalah menemukan protein atau gen yang dapat ditargetkan di masa depan atau digunakan untuk menyaring cacat lahir bawaan,' kata Dr. White.

'Kami sangat gembira dengan kemungkinan yang ditawarkan oleh model burung puyuh baru ini untuk mempelajari perkembangan secara real time,' kata peneliti, yang juga mengepalai Laboratorium Dinamika Morfogenesis di Institut Biosains Molekuler Queensland.

Penelitian Dr. White dan timnya diterbitkan pada bulan Juni di Jurnal Biologi Sel.

'Di lab kami, kami sekarang membangun percobaan awal yang telah kami lakukan untuk mencoba memahami bagaimana jantung dan tabung saraf terbentuk secara nyata,' katanya.

Secara khusus, tim Dr. White sekarang 'mempelajari bagaimana mutasi yang teridentifikasi pada pasien atau faktor ibu (diabetes, defisit nutrisi) mengganggu perkembangan ini dan menyebabkan cacat bawaan.'