Mehanički podražaji značajno utječu na rast organa

Mehanički podražaji značajno utječu na rast organa

Uz kemijske čimbenike, mehanički utjecaji igraju važnu ulogu u prirodnom rastu ljudskih organa kao što su bubrezi, pluća i mliječne žlijezde - ali i u razvoju tumora. Sada je istraživački tim na Tehničkom sveučilištu u Münchenu (TUM) detaljno istražio postupak koristeći organoide, trodimenzionalne modelne sustave takvih organa koji se proizvode u laboratoriju.

Organoidi su trodimenzionalni sustavi koji modeliraju različite ljudske organe. Uzgajani u laboratoriju, pokazuju svojstva slična onima u stvarnom tjelesnom tkivu. Organoidi nude znanosti nove mogućnosti za simulaciju i istraživanje procesa rasta organa. Ti se procesi nisu mogli promatrati u pojednostavljenim sustavima dvodimenzionalnih modela koji su se koristili u prošlosti.

Koristeći organoide mliječnih žlijezda za analizu složenih interakcija stanica s okolnim tkivom, znanstvenici s Tehničkog sveučilišta u Münchenu, Helmholtz Zentrum München i Ruhr-Universität Bochum pokazali su da je izričito pod utjecajem rasta tkiva žlijezde u ljudskoj dojci mehaničkim svojstvima okolne mreže kolagena.

Integrirani dinamički proces razvoja

Organoidi koje uzgaja tim tvore razgranate žljezdane kanale čija struktura i organizacija vrlo nalikuju ljudskoj mliječnoj žlijezdi. Tijekom procesa rasta pojedine organoidne grane napadaju okolni matriks kolagena.

“Počevši od jedne matične stanice, u samo 14 dana ti organoidi tvore složenu, razgranatu, trodimenzionalnu strukturu koja se sastoji od nekoliko tisuća stanica. Ovo je apsolutno fascinantno ”, kaže Andreas Bausch, profesor za staničnu biofiziku na TU München i voditelj istraživačke skupine.

Istraživački tim koristio je vremenski razriješenu mikroskopiju na rastućim strukturama tijekom nekoliko dana i uspješno detaljno pratio dinamični razvojni proces. Otkrili su da organoidni rast bitno diktiraju kolektivni pokreti stanica.

Širenjem u smjeru kretanja, a zatim ponovnim kontrakcijama, stanice generiraju snage toliko jake da deformiraju okolni matrični kolagen, što omogućava organoidu da samostalno organizira smjer vlastitog daljnjeg rasta.

Mehanički podražaji značajno utječu na rast organa

Stabilni kolagen "kavez"

"To je omogućeno mehaničkom plastičnošću kolagena", kaže Benedikt Buchmann, vodeći autor studije istraživačkog tima. "Kada se pojedinačne stanice kolektivno kreću naprijed-natrag, stvaraju takvu napetost da stanice grane mogu deformirati matricu kolagena."

Cjelokupni postupak rezultira stvaranjem mehanički stabilnog kolagena 'kaveza' koji u konačnici okružuje rastuću granu. Ovaj kolageni kavez zatim kontrolira daljnje stvaranje napetosti, rast grana i plastičnu deformaciju matrice.

Ova otkrića daju osnovu za uporabu ovog modelnog sustava za istraživanje složenijih procesa kao što su prvi koraci u metastaziranju ili međusobna interakcija s drugim vrstama stanica. Intenzivna trenutna istraživanja sada su na putu da utvrde javlja li se ovaj mehanizam samoorganizacije i u drugim organima.