Mechanické podněty významně ovlivňují růst orgánů

Mechanické podněty významně ovlivňují růst orgánů

Kromě chemických faktorů hrají mechanické vlivy důležitou roli v přirozeném růstu lidských orgánů, jako jsou ledviny, plíce a mléčné žlázy - ale také ve vývoji nádorů. Nyní výzkumný tým na Technické univerzitě v Mnichově (TUM) podrobně zkoumal proces pomocí organoidů, trojrozměrných modelových systémů těchto orgánů, které se vyrábějí v laboratoři.

Organoidy jsou trojrozměrné systémy modelující různé lidské orgány. Pěstované v laboratoři vykazují vlastnosti podobné vlastnostem skutečné tělesné tkáně. Organoidy nabízejí vědě nové příležitosti k simulaci a zkoumání procesů růstu orgánů. Tyto procesy nebylo možné pozorovat ve zjednodušených systémech dvourozměrných modelů používaných v minulosti.

Vědci z Technické univerzity v Mnichově, Helmholtz Zentrum München a Ruhr-Universität Bochum pomocí organoidů mléčné žlázy k analýze komplexních interakcí buněk s okolní tkání prokázali, že růst tkáně žlázy v lidské prsu je výslovně ovlivněn mechanickými vlastnostmi okolní kolagenové sítě.

Integrovaný proces dynamického vývoje

Organoidy vypěstované týmem tvoří rozvětvené žlázové kanály, jejichž struktura a organizace se velmi podobají struktuře lidské mléčné žlázy. Během procesu růstu jednotlivé větve organoidů napadají do okolní kolagenové matrice.

"Počínaje jedinou kmenovou buňkou, za pouhých 14 dní tvoří tyto organoidy složitou, rozvětvenou, trojrozměrnou strukturu skládající se z několika tisíc buněk." To je naprosto fascinující, “říká Andreas Bausch, profesor buněčné biofyziky na TU v Mnichově a vedoucí výzkumné skupiny.

Výzkumný tým použil časově rozlišenou mikroskopii na rostoucích strukturách v průběhu několika dnů a úspěšně podrobně sledoval proces dynamického vývoje. Zjistili, že růst organoidů je v podstatě diktován kolektivními pohyby buněk.

Roztažením ve směru pohybu a následným opětovným smrštěním buňky generují síly tak silné, že deformují okolní kolagenovou matrici, což umožňuje organoidu nezávisle organizovat směr vlastního dalšího růstu.

Mechanické podněty významně ovlivňují růst orgánů

Stabilní kolagenová klec

"To je možné díky mechanické plasticitě kolagenu," říká Benedikt Buchmann, hlavní autor studie výzkumného týmu. "Když se jednotlivé buňky společně pohybují tam a zpět, vytvářejí takové napětí, že buňky větve mohou deformovat kolagenovou matrici."

Výsledkem celého procesu je vytvoření mechanicky stabilní kolagenové „klece“, která nakonec obklopuje rostoucí větev. Tato kolagenová klec pak řídí další generování napětí, růst větví a plastickou deformaci matrice.

Tato zjištění poskytují základ pro použití tohoto modelového systému k vyšetřování složitějších procesů, jako jsou první kroky v metastázování nebo vzájemná interakce s jinými typy buněk. Současný intenzivní výzkum je nyní na cestě k určení, zda se tento mechanismus samoorganizace vyskytuje také v jiných orgánech.