Γιατί η καρδιά βρίσκεται στα αριστερά και το συκώτι στα δεξιά

Το ανθρώπινο σώμα φαίνεται συμμετρικό εξωτερικά, με δύο μάτια, δύο αυτιά και άκρα που αντικατοπτρίζουν το ένα το άλλο. Στο εσωτερικό όμως, πολλά όργανα δεν είναι συμμετρικά. Η καρδιά βρίσκεται στα αριστερά και το συκώτι στα δεξιά. Σε μερικά άτομα παρατηρείται το αντίθετο, αλλά σε υγιή σώματα η διάταξη αυτή καθορίζεται ήδη από το εμβρυϊκό στάδιο ανάπτυξης.

Ο ρόλος του εμβρυϊκού κόμβου

Η ασυμμετρία ξεκινά από έναν μικροσκοπικό σχηματισμό στο έμβρυο, γνωστό ως εμβρυϊκός κόμβος. Πρόκειται για μια κοιλότητα γεμάτη υγρό, επενδεδυμένη με μικροσκοπικούς κροσσούς που κινούνται με συγκεκριμένο μοτίβο. Οι κροσσοί περιστρέφονται σε κεκλιμένη κωνική κίνηση, δημιουργώντας αριστερόστροφη ροή υγρού. Αυτή η ροή καθοδηγεί την ανάπτυξη των οργάνων και διαμορφώνει την αριστερά-δεξιά συμμετρία.

Δημιουργία τεχνητού εμβρυϊκού κόμβου

Η διαδικασία που συνδέει τη ροή με τη διάταξη των οργάνων παρέμενε ασαφής. Ερευνητές από το TU/e και το Πανεπιστήμιο του Groningen δημιούργησαν τον πρώτο τεχνητό εμβρυϊκό κόμβο με μαγνητικά ελεγχόμενους κροσσούς. Παρατήρησαν πώς η κίνηση των κροσσών δημιουργεί συγκεκριμένα μοτίβα ροής και προσομοίωσαν τη διαδικασία με ακρίβεια.

Λεπτή διαδικασία κατασκευής

Η κατασκευή απαιτούσε εξαιρετική ακρίβεια. Οι κροσσοί είχαν πάχος 2 μικρόμετρα και μήκος 23 μικρόμετρα. Ο συνδυασμός στρωμάτων έγινε χωρίς σφάλματα, ώστε να λειτουργεί σωστά ο κόμβος. Χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία, οι ερευνητές ελέγχαν την κίνηση των κροσσών και παρακολουθούσαν τα μοτίβα ροής με φθορίζοντα σωματίδια.

Δύο συνεργιστικοί μηχανισμοί

Δύο μηχανισμοί συνεργάζονται για να καθορίσουν τη διάταξη των οργάνων. Ο πρώτος αφορά την κάμψη των κροσσών που παράγει τη ροή του υγρού. Ο δεύτερος είναι η κατανομή μορφογόνων, σηματοδοτικών μορίων που επηρεάζουν το γενετικό πρόγραμμα ανάπτυξης των οργάνων. Ο συνδυασμός αυτών των δύο μηχανισμών δημιουργεί την τελική αριστερά-δεξιά συμμετρία.

Προσομοιώσεις και ανακαλύψεις

Οι προσομοιώσεις και τα πειράματα αποκάλυψαν πόσο κρίσιμοι είναι οι κροσσοί για την οργάνωση των οργάνων. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εξελιγμένο αλγόριθμο για να προσομοιώσουν τη ροή του υγρού στον κόμβο, αντιμετωπίζοντας τις προκλήσεις που προκύπτουν από τις εκατοντάδες μικροσκοπικές δομές. Οι προσομοιώσεις χρειάστηκαν μήνες σε υπερυπολογιστές υψηλής απόδοσης.

Σημασία για την ιατρική

Κατανόηση της διαδικασίας αυτής εξηγεί γιατί μερικά άτομα εμφανίζουν ανώμαλη τοποθέτηση οργάνων και βοηθά στην κατανόηση συγγενών ανωμαλιών. Η αριστερά-δεξιά ασυμμετρία είναι προϊόν συνεργασίας μηχανικών και γενετικών μηχανισμών που ξεκινούν από τα πρώτα στάδια ανάπτυξης.

Η καρδιά στα αριστερά και το συκώτι στα δεξιά δεν είναι τυχαίο φαινόμενο. Είναι αποτέλεσμα συντονισμένων κινήσεων κροσσών, ροής υγρού και σηματοδοτικών μορίων που καθορίζουν την τοποθέτηση των οργάνων από το εμβρυϊκό στάδιο. Η έρευνα του TU/e και του Groningen ανοίγει δρόμο για βαθύτερη κατανόηση της ανάπτυξης του ανθρώπινου σώματος και των παραλλαγών που μπορεί να εμφανιστούν. Δημοσιεύτηκε στις 25 Μαρτίου στο Science Advances.