Nový výskum otvára nové možnosti napodobňovania vývojových procesov v laboratóriu s presnosťou väčšou ako kedykoľvek predtým.
![Ilustrácia ľudského embrya. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Rasi Bhadramani](https://vedanadosah.cvtisr.sk/wp-content/uploads/2025/01/Ilustracia-ludskeho-embrya-900x510.jpg)
Oblasťou záujmu vedcov je to, ako bunky využívajú elektrické polia na riadenie svojej migrácie počas embryonálneho vývoja. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Rasi Bhadramani
Ako sa embryo vyvíja, bunky stále komunikujú, aby sa organizovali do tkanív a orgánov. Tento proces vyžaduje, aby bunky interpretovali rôzne signály prostredia, ktoré môžu byť chemické alebo mechanické. Tieto signály však samy osebe úplne nevysvetľujú, ako bunky migrujú kolektívne.
Rastúce množstvo dôkazov naznačuje, že embryonálne elektrické polia tiež zohrávajú úlohu pri riadení pohybu buniek. Pôvod a mechanizmy elektrických polí v embryách boli doteraz nejasné.
Elektrotaxia
„Charakterizovali sme endogénny vzor bioelektrického prúdu, ktorý sa počas vývoja podobá elektrickému poľu, a preukázali sme, že tento prúd môže viesť migráciu bunkovej populácie známej ako nervový hrebeň,“ vysvetlil Dr. Elias H. Barriga, korešpondujúci autor, ktorý viedol štúdiu.
Ako píše Sci Tech Daily, Dr. Barriga a jeho tím začali svoj výskum neurálneho hrebeňa na Gulbenkianovom inštitúte vied (Gulbenkian Institute of Science, IGC) v Oeirase v Portugalsku a potom pokračovali v práci v Drážďanoch, kde založili výskumnú skupinu v rámci Centra excelentnosti pre fyziku života (Cluster of Excellence Physics of Life).
Nervový hrebeň je kľúčovou zložkou embryonálneho vývoja. Z tejto skupiny buniek vznikajú kosti tváre a krku, ako aj časti nervového systému. Dr. Barriga a jeho tím zistili, že počas vývoja sú bunky neurálneho hrebeňa vedené vnútornými elektrickými poľami a fungujú podobne ako vodiči reagujúci na signály dopravného policajta.
Skupina zistila, že prostredníctvom tohto procesu, známeho ako elektrotaxia, môžu bunky vnímať smer z elektrických polí generovaných vnútri embrya a podľa toho sa pohybovať. Toto pozorovanie sa predtým obmedzovalo najmä na štúdium kultivovaných buniek, ale teraz sa preukázalo vo vyvíjajúcom sa embryu. Dôležitá otázka však zostala nezodpovedaná: Ako bunky interpretujú tieto prúdy a premieňajú ich do smerového pohybu?
![Elektrické pulzy v neurónoch. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: ktsimage](https://vedanadosah.cvtisr.sk/wp-content/uploads/2025/01/Elektricke-pulzy-v-neuronoch-807x600.jpg)
Elektrické pulzy v neurónoch. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: ktsimage
Dekódovanie bunkových reakcií na elektrické polia
Na zodpovedanie tejto otázky Dr. Barriga a jeho tím identifikovali enzým známy ako fosfatáza 1 citlivá na napätie (Vsp1), ktorý sa nachádza v bunkách neurálneho hrebeňa. Vďaka všestrannej štruktúre Vsp1 sa zdalo, že je schopný snímať aj prenášať elektrické signály. Aby sa potvrdilo, že Vsp1 je potrebný na elektrotaxiu, vedci vytvorili chybnú verziu enzýmu a ukázali, že kolektívna elektrotaxia bola narušená v bunkách, ktorým vstrekli túto kópiu.
Na rozdiel od očakávaní sa Vsp1 nezdal relevantný pre samotný pohyb, ale namiesto toho mohol špecificky premeniť gradienty elektrického prúdu na smerovú a kolektívnu migráciu.
Ide o jedinečné pozorovanie, pretože väčšina enzýmových senzorov je potrebná na samotný pohyb, čo sťažuje štúdium ich úlohy pri určovaní smeru.
Kolektívna migrácia buniek
Autori idú ešte o krok ďalej a navrhli, ako môžu vzniknúť elektrické polia; prostredníctvom mechanického natiahnutia oblasti známej ako nervový záhyb.
Keď sa bunky v tejto oblasti naťahujú, spôsobuje to aktiváciu špecifických iónových kanálov, čo vedie ku gradientu napätia. Potom, keď sa bunky stretnú s týmto gradientom, Vsp1 transformuje elektrické signály na smerový signál, ktorý bunkám povie, akou cestou majú ísť, a výsledkom je kolektívna migrácia buniek.
Toto je prvý experimentálny dôkaz, ktorý naznačuje, že elektrické polia sa objavujú pozdĺž cesty, kde migrujú bunky nervového hrebeňa, a vysvetľuje ich mechanizmus vzniku. Tieto objavy zdôrazňujú cenný prínos, ktorý bioelektrina poskytuje počas embryonálneho vývoja.
![Ľudské embryo v 5. týždni. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: iLexx](https://vedanadosah.cvtisr.sk/wp-content/uploads/2025/01/Ludske-embryo-v-5.tyzdni-900x554.jpg)
Ľudské embryo v 5. týždni. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: iLexx
Nové možnosti napodobňovania vývojových procesov
Rozširovaním našich poznatkov o elektrotaxii v živom zvierati tento výskum otvára nové možnosti napodobňovania vývojových procesov v laboratóriu s presnosťou väčšou ako kedykoľvek predtým.
„V širšej perspektíve sme teraz predstavili ďalšieho hráča do zložitého procesu morfogenézy tkanív. Otázkou teraz je, ako to zapadá do už zavedených rámcov mechanických a chemických podnetov počas embryogenézy?“ poznamenal Dr. Barriga.
Okrem vývoja môžu podobné mechanizmy existovať aj počas hojenia rán a progresie rakoviny. Pochopenie toho, ako elektrické polia riadia migráciu buniek, by mohlo dokonca inšpirovať potenciálne nové stratégie v tkanivovom inžinierstve a regeneratívnej medicíne. Je však potrebný ďalší výskum na rozšírenie úlohy elektrických polí v bunkovom správaní a na zvýšenie nášho pochopenia fyziky živých systémov.
Zdroj: Sci Tech Daily, „Stretch-induced endogenous electric fields drive directed collective cell migration in vivo“ by Fernando Ferreira, Sofia Moreira, Min Zhao and Elias H. Barriga, 17 January 2025, Nature Materials.
(LDS)