Los estímulos mecánicos influyen significativamente en el crecimiento de los órganos

Los estímulos mecánicos influyen significativamente en el crecimiento de los órganos

Además de los factores químicos, las influencias mecánicas juegan un papel importante en el crecimiento natural de órganos humanos como riñones, pulmones y glándulas mamarias, pero también en el desarrollo de tumores. Ahora, un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha investigado el proceso en detalle utilizando organoides, sistemas de modelos tridimensionales de dichos órganos que se producen en el laboratorio.

Los organoides son sistemas tridimensionales que modelan varios órganos humanos. Cultivados en el laboratorio, exhiben propiedades similares a las del tejido corporal real. Los organoides ofrecen a la ciencia nuevas oportunidades para simular e investigar los procesos de crecimiento de órganos. Estos procesos no se pudieron observar en los sistemas de modelos bidimensionales simplificados utilizados en el pasado.

Usando organoides de las glándulas mamarias para analizar las complejas interacciones de las células con el tejido circundante, científicos de la Universidad Técnica de Munich, Helmholtz Zentrum München y Ruhr-Universität Bochum han demostrado que el crecimiento del tejido de la glándula en la mama humana está explícitamente influenciado por las propiedades mecánicas de la red de colágeno circundante.

Proceso de desarrollo dinámico integrado

Los organoides cultivados por el equipo forman conductos glandulares ramificados cuya estructura y organización se asemeja mucho a la de la glándula mamaria humana. Durante el proceso de crecimiento, las ramas organoides individuales invaden la matriz de colágeno circundante.

“Comenzando con una sola célula madre, en solo 14 días estos organoides forman una estructura compleja, ramificada y tridimensional que consta de varios miles de células. Esto es absolutamente fascinante ”, dice Andreas Bausch, profesor de biofísica celular en TU Munich y director del grupo de investigación.

El equipo de investigación utilizó microscopía de resolución temporal en las estructuras en crecimiento durante varios días y supervisó con éxito el proceso de desarrollo dinámico en detalle. Descubrieron que el crecimiento organoide está dictado sustancialmente por los movimientos colectivos de las células.

Al expandirse en la dirección del movimiento y luego contraerse nuevamente, las células generan fuerzas tan fuertes que deforman la matriz de colágeno circundante, lo que hace posible que el organoide organice de forma independiente la dirección de su propio crecimiento posterior.

Los estímulos mecánicos influyen significativamente en el crecimiento de los órganos

'Jaula' estable de colágeno

"Esto es posible gracias a la plasticidad mecánica del colágeno", dice Benedikt Buchmann, autor principal del estudio del equipo de investigación. "Cuando las células individuales se mueven hacia adelante y hacia atrás colectivamente, producen tal tensión que las células de una rama pueden deformar la matriz de colágeno".

El proceso general da como resultado la formación de una "jaula" de colágeno mecánicamente estable que finalmente rodea la rama en crecimiento. Esta jaula de colágeno controla luego la generación adicional de tensión, el crecimiento de las ramas y la deformación plástica de la matriz.

Estos hallazgos proporcionan la base para el uso de este sistema modelo para investigar procesos más complejos, como los primeros pasos en la metástasis o la interacción mutua con otros tipos de células. La investigación actual intensiva está ahora en camino para determinar si este mecanismo de autoorganización también ocurre en otros órganos.

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