Live-beeldvormingstechnieken hebben Spaanse onderzoekers dieper inzicht gegeven in de ontwikkeling van het embryonale hart bij muizen. Hun analyse onthult de coördinatie die optreedt tussen cardiale voorlopercellen - cellen die lijken op stamcellen die tijdens de ontwikkeling van het hart in een ander specifiek type cel kunnen veranderen. Ze ontdekten dat voorlopercellen afwisselende fasen doorlopen van verandering in hartspier (differentiatie) om een ​​vroege hartfunctie te initiëren, en bijdragen aan cardiale morfogenese. De studie, die oorspronkelijk als preprint in bioRxiv werd gepubliceerd, verschijnt vandaag in het journaal eLife .

"Eerdere studies hebben aangetoond dat twee populaties van voorlopercellen betrokken zijn bij de ontwikkeling van het hart van gewervelde dieren:eerste hartveld (FHF) cellen en tweede hartveld (SHF) cellen, " legt hoofdauteur Kenzo Ivanovitch van het Spaanse nationale cardiovasculaire onderzoekscentrum (CNIC) uit. "FHF's worden vroeg in de ontwikkeling gerekruteerd om de oorspronkelijke vorm van de hartbuis te vormen, en SHF's worden later binnengebracht om de lengte van de buis te verlengen. Echter, tot nu, zowel de exacte rol van celdifferentiatie en cellulaire bewegingen tijdens de ontwikkeling van het hart zijn niet vastgelegd."

Om verder in dit proces te kijken, Ivanovitch en zijn team, waaronder Susana Temiño, een technicus bij CNIC, een heel embryo opgericht, live-imaging-methode op basis van twee-fotonmicroscopie waarmee weefsels op cellulair niveau kunnen worden gevolgd. Met behulp van verschillende genetische traceringstools, ze labelden voorlopercellen en gedifferentieerde cellen en volgden ze in de loop van de tijd in 3D. Vervolgens combineerden ze deze afbeeldingen met 3D-reconstructies van de hartbuis in meerdere ontwikkelingsstadia.

"Onze beelden toonden drie verschillende fasen van de vorming van hartbuizen, " legt Ivanovitch uit. "Tijdens een eerste fase, FHF-cellen differentiëren snel om een ​​hartsikkel te vormen, terwijl beperkte morfogenese plaatsvindt. In de tweede fase, er zijn geen differentiatiegebeurtenissen, maar uitgebreide morfogenese resulteert in de volledig gevormde hartbuis. En in de derde en laatste fase, hartceldifferentiatie wordt hervat en draagt ​​bij aan de bekende SHF-afgeleide gebieden van het hart. Dit strak gereguleerde schema stelt het jonge hart in staat om te gaan werken zoals het embryo dat nodig heeft, terwijl tegelijkertijd de complexe architectuur van de finale wordt gebouwd, definitieve orgel."

Deze bevindingen benadrukken de essentiële rol die FHF- en SHF-cellen spelen in de embryonale hartontwikkeling en onthullen coördinatie op weefselniveau tussen afwisselende fasen van differentiatie en morfogenese tijdens de vorming van de hartbuis.

Senior auteur Miguel Torres, Groepsleider bij CNIC, zegt, "In de toekomst, we hopen dat het voortbouwen op dit werk zal helpen nieuwe mechanismen van organogenese te onthullen. Dit zou belangrijke implicaties hebben voor een beter begrip van zowel de normale hartontwikkeling als de oorsprong van afwijkingen bij pasgeboren baby's."