Mehaanilised stiimulid mõjutavad oluliselt elundite kasvu

Mehaanilised stiimulid mõjutavad oluliselt elundite kasvu

Lisaks keemilistele teguritele mängivad mehaanilised mõjud olulist rolli inimese elundite, näiteks neerude, kopsude ja piimanäärmete loomulikus kasvus, aga ka kasvajate arengus. Nüüd uuris Müncheni tehnikaülikooli (TUM) uurimisrühm protsessi üksikasjalikult, kasutades laboris toodetud selliste organite kolmemõõtmelisi organoide.

Organoidid on kolmemõõtmelised süsteemid, mis modelleerivad erinevaid inimese organeid. Laboris kasvatatud neil on sarnased omadused kui tegelikul kehakudedel. Organoidid pakuvad teadusele uusi võimalusi elundite kasvu protsesside simuleerimiseks ja uurimiseks. Varem kasutatud lihtsustatud kahemõõtmelistes mudelsüsteemides ei olnud neid protsesse võimalik jälgida.

Kasutades piimanäärme organoide rakkude keeruka koostoime analüüsimiseks ümbritsevate kudedega, on Müncheni tehnikaülikooli, Helmholtz Zentrum Müncheni ja Ruhr-Universität Bochumi teadlased näidanud, et inimese rinna näärmekoe kasvu on selgesõnaliselt mõjutatud ümbritseva kollageenivõrgu mehaaniliste omaduste järgi.

Integreeritud dünaamiline arendusprotsess

Meeskonna kasvanud organoidid moodustavad hargnenud näärmekanalid, mille struktuur ja struktuur sarnanevad väga täpselt inimese piimanäärmega. Kasvuprotsessi käigus tungivad üksikud organoidharud ümbritsevasse kollageenimaatriksisse.

„Alustades ühest tüvirakust, moodustavad need organoidid kõigest 14 päevaga keerulise, hargnenud, kolmemõõtmelise struktuuri, mis koosneb mitmest tuhandest rakust. See on täiesti põnev, ”ütleb TLÜ Müncheni rakubiofüüsika professor ja uurimisrühma juht Andreas Bausch.

Uurimisrühm kasutas mitme päeva jooksul kasvavate struktuuride ajaliselt lahutatud mikroskoopiat ja jälgis edukalt dünaamilist arenguprotsessi. Nad avastasid, et organoidse kasvu dikteerib oluliselt rakkude kollektiivne liikumine.

Laienedes liikumissuunas ja seejärel jälle kokku tõmbudes, tekitavad rakud nii tugevaid jõude, et deformeerivad ümbritsevat kollageenimaatriksit, võimaldades organoidil iseseisvalt oma edasise kasvu suunda korraldada.

Mehaanilised stiimulid mõjutavad oluliselt elundite kasvu

Stabiilne kollageeni puur

"Seda võimaldab kollageeni mehaaniline plastilisus," ütleb uurimisrühma uuringu juhtiv autor Benedikt Buchmann. "Kui üksikud rakud liiguvad kollektiivselt edasi-tagasi, tekitavad nad sellist pinget, et haru rakud võivad kollageenimaatriksi deformeerida."

Üldise protsessi tulemusel moodustub mehaaniliselt stabiilne kollageeni puur, mis ümbritseb kasvavat haru. See kollageenipuur kontrollib seejärel pinge edasist tekkimist, harude kasvu ja maatriksi plastilist deformatsiooni.

Need leiud annavad aluse selle mudelisüsteemi kasutamiseks keerukamate protsesside uurimiseks, näiteks metastaaside esimesed sammud või vastastikune suhtlemine teiste rakutüüpidega. Praegused intensiivsed uuringud on nüüd teel, et teha kindlaks, kas see enesekorraldusmehhanism esineb ka teistes organites.