Morfogeneza protistresne žogice

Raziskovalci in raziskovalke z ameriške Univerze Princeton so v reviji Science Advances objavili raziskavo o razvoju pljuč pri zarodku kuščarja Anolis sagrei. Odkrili so, da se pljuča te živali le v nekaj dneh razvijejo v zelo zanimivo heksagonalno strukturo, podobno satovju, narediti pa jim uspelo tudi biosintetični model organa.

Pljuča so organ, ki se med vretenčarji močno razlikuje. Sesalci in ptice imajo kompleksno zgrajena pljuča, sestavljena iz različnih tkivnih razdelkov, ki ločeno izvajajo vsak svojo specifično nalogo pri ventilaciji ali izmenjavi plinov. Za razliko od sesalcev in ptičev večina plazilcev za dihanje uporablja preproste vrečke brez specializiranih tkivnih struktur, v katerih potekajo vsi procesi. Gre za preprost organ, ki se razvije v prvih nekaj dneh embrionalnega razvoja, vseeno pa živali omogoča izmenjavo kisika in odvečnih plinov, kakor to počnejo človeška pljuča.

Kot modelni organizem so v raziskavi izbrali kuščarja Anolis sagrei. Opazovali so pljuča embrijev na različnih razvojnih stopnjah. Odstranili so jih iz zarodkov in posamezna tkiva organa vizualizirali z uporabo fluorescenčno označenih protiteles, specifičnih za posamezno tkivo. Tako so posneli fotografije, na katerih so za vsako razvojno stopnjo posebej videli velikost in obliko tkiv, sestavljenih iz epitelijskih in mišičnih celic. Ker so opazili, da so se mišične celice začele pri nekaj dneh starih zarodkih razporejati v zanimiv satast vzorec, so izvedli dodaten eksperiment. Da bi lahko spremljali razvoj tkiva istega zarodka več dni zapored, so raziskovalci in raziskovalke v mišične celice še nerazvitih pljuč vnesli zeleni fluorescenčni protein. Tako so lahko v realnem času opazovali razporejanje posameznih celic v mrežasto tkivo sataste oblike, ne da bi razvoj prekinjali na vsaki razvojni stopnji posebej.

Ugotovili so, da se v prvih dneh razvoja zarodka tvori ključnici podoben mešiček iz kubíčnih epitelijskih celic, ki se že nekaj dni pozneje močno napihne. Takrat mešiček enakomerno obdajajo mišične celice. Nekaj dni pozneje pa mešiček ni več gladek, ampak se na njegovi površini pojavijo izbokline. Do tega pride, ker se mišične celice diferencirajo v mrežasto strukturo, skozi katero se mešiček lahko uviha.

Na podlagi odkritih strukturnih značilnosti tkiv so naredili tridimenzionalni biosintetični model pljuč. Namesto plasti epitelija so uporabili tanek silikonski film, satast vzorec pa so tridimenzionalno natisnili z gensko spremenjenimi mišičnimi celicami, ki so se raztezale in krčile zaradi odziva na svetlobo. Tako so raziskovalci in raziskovalke imitirali dihanje in pokazali, da se zaradi krčenja mišičnih celic pri dihanju plast endotelija uviha skozi luknje v satastem vzorcu mišičnih celic, s čimer se močno poveča površina za izmenjavo plinov. 

Mnogo mehanizmov razvoja pljuč kuščarjev v táko nenavadno obliko je za zdaj še neznanih, večino so jih predvideli prav v opisani raziskavi s pomočjo računalniških modelov. Nadaljnje raziskovanje hitrega razvoja tega preprostega organa bi znanstvenikom in znanstvenicam omogočil nov način načrtovanja in vítro modelov, organoidov in organov. To bi omogočilo velik napredek na področju biotehnologije in tkivnega inženirstva.

Skupaj s kuščarji je sapo zadrževala vajenka Nika.