Οι ερευνητές του EMBL δημιούργησαν μια μηχανική μήτρα που επιτρέπει μια πιο προσεκτική ματιά στην ανάπτυξη ενός εμβρύου ποντικιού και τις αλληλεπιδράσεις του με το περιβάλλον της μήτρας. Η ανάπτυξη ενός πολύπλοκου οργανισμού από ένα μόνο κύτταρο απαιτεί την ακρίβεια και τον συντονισμό μιας ορχήστρας που εκτελεί μια συμφωνία. Έχουμε προχωρήσει πολύ στην κατανόηση της εμβρυϊκής ανάπτυξης, αλλά υπάρχουν ακόμα πολλά ερωτήματα γύρω από τα κρίσιμα πρώιμα στάδια αυτής της περίπλοκης διαδικασίας, ιδιαίτερα την αλληλεπίδραση μεταξύ του εμβρύου και της μήτρας της μητέρας κατά τη φάση της εμφύτευσης.
Η βαθύτερη κατανόηση αυτής της διαδικασίας μπορεί να προσφέρει θεμελιώδεις γνώσεις για την αναπτυξιακή βιολογία, την αναπαραγωγική υγεία, την εξέλιξη και πολλά άλλα. Ωστόσο, η μελέτη του είναι πρόκληση, ιδιαίτερα λόγω της απροσπέλασης της μήτρας για λεπτομερείς έρευνες. Λαμβάνοντας μια καινοτόμο προσέγγιση, οι ομάδες χρησιμοποίησαν μηχανικά συστήματα για να μιμηθούν στενά τις φυσικές συνθήκες κατά την ανάπτυξη. Ελέγχοντας προσεκτικά το σχήμα, την ακαμψία και τις ιδιότητες πρόσφυσης αυτού του συνθετικού περιβάλλοντος, κατασκεύασαν το «3E-uterus» – ένα ex vivo μηχανικό περιβάλλον μήτρας κατασκευασμένο από ζελέ και διαφανές υλικό, με κυλινδρική τρισδιάστατη δομή.
Αυτή η εικόνα που τραβήχτηκαν από τον Bondarenko και τον Dimitri Kromm, πρώην φοιτητή διδάκτορα στην ομάδα Ellenberg, δείχνει την ανάπτυξη ενός εμβρύου ποντικιού μέσα στη μήτρα 3E. Αυτή η 12ωρη απεικόνιση με χρονική καθυστέρηση ενός εμβρύου δύο ημερών καταγράφει τα πρώτα στάδια της ανάπτυξής του. Για να το αποκτήσουν, οι ερευνητές συνδύασαν την τεχνητή μήτρα τους με μικροσκόπιο φωτός – μια τεχνολογία αιχμής για απεικόνιση που τους επέτρεψε να έχουν μια προσεκτική ματιά στη δυναμική συμπεριφορά ενός αναπτυσσόμενου εμβρύου ποντικιού.
Όπως φαίνεται στην εικόνα, τα κύτταρα εξωεμβρυϊκού εξωδερμίου – εξειδικευμένα κύτταρα που παρέχουν δομική υποστήριξη στο έμβρυο και αργότερα συμβάλλουν στον σχηματισμό του πλακούντα – διπλώνουν αργά προς τα μέσα στο αναπτυσσόμενο έμβρυο. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται εισβολή, είναι ένα κρίσιμο μέρος αυτού του πολύ πρώιμου σταδίου ανάπτυξης και βοηθά το έμβρυο να αποκτήσει το σωστό σχήμα και την εσωτερική του δομή.
«Καταφέραμε να παρατηρήσουμε τη διαδικασία εμφύτευσης του εμβρύου ποντικιού, η οποία μοιάζει με τη φυσική της τριχοειδούς – το φαινόμενο μοιάζει με το πώς οι σταγόνες νερού προσκολλώνται στις επιφάνειες λόγω των δυνάμεων επιφανειακής τάσης», δήλωσε η Anna Erzberger, επικεφαλής της ομάδας EMBL Heidelberg.
Σημείωσε την ομοιότητα αυτού του συστήματος με προβλήματα τύπου διαβροχής στη φυσική. “Με τη συγχώνευση του βασίλειου της βιολογίας και της φυσικής, αποκτούμε πολύτιμες γνώσεις για το πώς αλλάζει το έμβρυο κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Αυτό το μηχανολογικό περιβάλλον απλοποιεί τη φυσική που εμπλέκεται, καθιστώντας την μαθηματικά προσιτή και επιτρέποντας μια βαθύτερη κατανόηση.”
Με το σύστημα 3E-uterus, οι ερευνητές μπορούν όχι μόνο να παρατηρήσουν τον κατά τα άλλα απρόσιτο πολύπλοκο χορό μεταξύ του εμβρύου του ποντικιού και της μήτρας της μητέρας, αλλά και να ανοίξουν νέες δυνατότητες για τη μελέτη τέτοιων αλληλεπιδράσεων στον τομέα της αναπαραγωγικής ιατρικής. «Με αυτό, αρχίζουμε μόνο να κατανοούμε την περίπλοκη επικοινωνία εμβρύου-μήτρας», είπε ο Bondarenko. «Η μήτρα των θηλαστικών μπορεί να κατασκευαστεί περαιτέρω ώστε να ενσωματώνει τη δομή και τη δυναμική του ιστού της μήτρας σε όλη τη ζυγαριά, με πολλές συναρπαστικές προκλήσεις και ευρήματα μπροστά».
