A mechanikus ingerek jelentősen befolyásolják a szervek növekedését

A mechanikus ingerek jelentősen befolyásolják a szervek növekedését

A kémiai tényezők mellett a mechanikai hatások fontos szerepet játszanak az emberi szervek, például a vese, a tüdő és az emlőmirigyek természetes növekedésében - de a daganatok kialakulásában is. A Müncheni Műszaki Egyetem (TUM) kutatócsoportja részletesen megvizsgálta a folyamatot a laboratóriumban előállított szervek, ilyen szervek háromdimenziós modellrendszereinek felhasználásával.

Az organoidok háromdimenziós rendszerek, amelyek különböző emberi szerveket modelleznek. A laboratóriumban nevelve hasonló tulajdonságokkal bírnak, mint a tényleges testszövetek. Az organoidok új lehetőségeket kínálnak a tudomány számára a szervnövekedés folyamatainak szimulálására és kivizsgálására. Ezeket a folyamatokat nem lehetett megfigyelni a múltban alkalmazott egyszerűsített kétdimenziós modellrendszerekben.

Az emlőmirigy-organoidok segítségével a sejtek és a környező szövetek összetett kölcsönhatásainak elemzésére a müncheni Műszaki Egyetem, a Helmholtz Zentrum München és a Ruhr-Universität Bochum tudósai kimutatták, hogy az emberi mell mirigyszövetének növekedését kifejezetten befolyásolja a környező kollagén hálózat mechanikai tulajdonságai által.

Integrált dinamikus fejlesztési folyamat

A csapat által termesztett organoidok elágazó mirigycsatornákat alkotnak, amelyek felépítése és felépítése nagyon hasonlít az emberi emlő mirigyéhez. A növekedési folyamat során az egyes organoid ágak behatolnak a környező kollagén mátrixba.

„Egyetlen őssejtből kiindulva mindössze 14 nap alatt ezek az organoidok több ezer sejtből álló komplex, elágazó, háromdimenziós struktúrát alkotnak. Ez teljesen lenyűgöző ”- mondja Andreas Bausch, a TU München sejtbiofizikai professzora és a kutatócsoport vezetője.

A kutatócsoport néhány nap alatt időbeli felbontású mikroszkópiát alkalmazott a növekvő struktúrákon, és sikeresen figyelemmel kísérte a dinamikus fejlesztési folyamatot. Felfedezték, hogy az organoid növekedést alapvetően a sejtek kollektív mozgása szabja meg.

A mozgás irányába tágulva, majd ismét összehúzódva a sejtek olyan erős erőket generálnak, hogy deformálják a környező kollagén mátrixot, lehetővé téve az organoid számára, hogy önállóan megszervezze saját további növekedésének irányát.

A mechanikus ingerek jelentősen befolyásolják a szervek növekedését

Stabil kollagén „ketrec”

"Ezt a kollagén mechanikai plaszticitása teszi lehetővé" - mondja Benedikt Buchmann, a kutatócsoport tanulmányának vezető szerzője. "Amikor az egyes sejtek előre-hátra együtt mozognak, olyan feszültséget okoznak, hogy egy ág sejtjei deformálhatják a kollagén mátrixot."

A teljes folyamat egy mechanikailag stabil kollagén „ketrec” kialakulását eredményezi, amely végül körülveszi a növekvő ágat. Ez a kollagén ketrec ezután szabályozza a feszültség további keletkezését, az ágak növekedését és a mátrix plasztikus deformációját.

Ezek a megállapítások adják az alapot ennek a modellrendszernek az alkalmazásához az összetettebb folyamatok, például az áttét első lépéseinek vagy más sejttípusokkal való kölcsönös interakciók vizsgálatának. Intenzív jelenlegi kutatások folynak annak megállapítására, hogy ez az önszerveződési mechanizmus más szervekben is előfordul-e.