تصویر فوق، نمایی از پیدایش فرورفتگی طبیعی و تغییر یافته است. قسمت چپ بافت با کمک اپتوژنتیک تغییر یافته و در آن حفره ایجاد نمی‌شود؛ ولی قسمت راست به درون رویان برگشته و یک حفره ایجاد می‌کند.
محققان در اپتوژنتیک، از نور برای کنترل فعالیت پروتئینها استفاده می‌کنند. این تکنیک دانشمندان را قادر می‌سازد تا شکل بافتهای رویانی را تغییر داده و ایجاد ارگانهای غیر طبیعی را مهار کنند. اکنون، دانشمندان گروه EMBL’s De Renzis، این تکنیک را برای متوقف کردن شکل گیری ارگانها در رویان مگس میوه ارتقا بخشیده‌اند. نتایج مطالعه آنها در The EMBO Journal منتشر شده و اعمال کنترل بر یک گام اساسی در تکامل رویان را ممکن می‌سازد.
برای تکامل صحیح، بافت باید شکل خود را تغییر دهد. برای مثال، گروهی از سلولها بعنوان قسمتی از تکامل یک ارگان، شکل خود را تغییر می‌دهند. Stefano De Renzis و اعضای تیمش در EMBL، به مکانیسمهای دخیل در تغییر شکل و استفاده از اپتوژنتیک برای هدایت آنها، علاقه‌مند هستند.
ویدیو ۱: نمای جانبی فرآیند حفره دار شدن. سطح خارجی/ رأسی سلولها منقبض می‌شود، درحالیکه سطح تحتانی/ داخلی دچار انقباض نمی‌شود. این فرآیند هماهنگ باعث تولید نیرویی می‌شود که سلول را به سمت درون رویان حرکت می‌دهد. این، اولین گام برای تکامل یک ارگان است.
برای شکل گیری ارگانهای داخلی مانند کلیه‌ها، گروهی از سلولها باید به داخل رویان حرکت کنند. طی این فرآیند که invagination نام دارد، سطح گروهی از سلولها منقبض می‌شود و برگشت بافت به سمت داخل را باعث می‌شود. De Renzis، رهبر این پروژه می‌گوید: “رویان را بعنوان یک بادکنک و invagination بافت را بعنوان تغییر شکلی به سمت داخل بادکنک که توسط انگشتها با فشار بر سطح بادکنک ایجاد می‌شود، در نظر بگیرید. تنها تفاوت این است که سلولها تحت تاثیر نیروی خارجی مانند انگشتها قرار نمی‌گیرند، بلکه نیاز به ایجاد نیرویی برای حرکت به داخل دارند.” ناهنجاری‌های این فرآیند به مشکلاتی در تکامل بافت و ارگان منجر می‌شود.
آغاز و مهار invagination
De Renzis و گروه وی فرآیند طبیعی invagination را برای فهم فاکتورهای آن، مهار می‌کنند. یک جنبه اساسی، انعطاف پذیری قسمتهایی سطحی بافت است که به داخل بر می‌گردند. زمانیکه دانشمندان از اپتوژنتیک برای محکم‌تر ساختن این سطح استفاده می‌کنند، برگشتن به سمت داخل برای سلولها، غیر ممکن می‌شود و کل فرآیند invagination را متوقف می‌سازد. De Renzis اذعان دارد: “اگر به سلولها اجازه‌ی ریلکس کردن غشای قاعده‌ای آنها داده نشود، نمی‌توانند غشای راسی خود را بصورت کارآمد، منقبض کنند و invagination بافت متوقف می‌شود؛ این رخداد در مثال بادکنک، زمانی است که شما قسمت فوقانی و قسمت تحتانی بادکنک را بصورت همزمان فشار می‌دهید. فشار داخلی بالا رفته و بادکنک نمی‌تواند بیشتر به داخل فرو رود.” با این متد جدید، نه تنها متوقف کردن invagination پیش از آغاز آن، بلکه توقف آن در میانه فرآیند نیز ممکن است.
ویدیو ۲: نمای فوقانی پیدایش فرورفتگی طبیعی و تغییر یافته. قسمت چپ بافت با کمک اپتوژنتیک تغییر یافته و در آن حفره ایجاد نمی‌شود؛ ولی قسمت راست به درون رویان برگشته و یک حفره ایجاد می‌کند.
مدتها پیش که محققان درباره اهمیت سطح قاعده‌ای (داخلی) بافت مطالعه می‌کردند، تکنیک‌های مطالعاتی به اندازه کافی برای بررسی این مورد، پیشرفته نبودند. با متد جدید، تیم EMBL می‌تواند فعالیت پروتئینها را بدون آسیب به سلولها، تغییر دهد، درحالیکه فعالسازی یا غیر فعالسازی این تغییرات، ضروری است. نتایج آنها، اولین گواه برای تئوری قدیمی که قادر به تشریح ناهنجاری‌های ساختاری طی تکامل رویان است، می‌باشد.
با کنار هم قرار دادن این نتایج و نتایج مطالعات پیشین، دانشمندان اکنون قادر به کنترل تمامی مراحل این فرآیند با اهمیت تکاملی در رویان هستند. با اینکه این مطالعات در رویان مگس میوه انجام شده‌است، De Renzis بر این باور است این نتایج و روشها در دیگر ارگانیسمها نیز پاسخ می‌دهد. اپتوژنتیک می‌تواند برای ایجاد و شکل دهی بافتهای مصنوعی یا کنترل تکامل بافت در پزشکی بازساختی مورد استفاده قرار گیرد.
