Rangsangan mekanis secara signifikan mempengaruhi pertumbuhan organ

Rangsangan mekanis secara signifikan mempengaruhi pertumbuhan organ

Selain faktor kimia, pengaruh mekanis memainkan peran penting dalam pertumbuhan alami organ manusia seperti ginjal, paru-paru, dan kelenjar susu—tetapi juga dalam perkembangan tumor. Sekarang tim peneliti di Technical University of Munich (TUM) telah menyelidiki proses secara rinci menggunakan organoid, sistem model tiga dimensi dari organ tersebut yang diproduksi di laboratorium.

Organoid adalah sistem tiga dimensi yang memodelkan berbagai organ manusia. Tumbuh di laboratorium, mereka menunjukkan sifat yang mirip dengan jaringan tubuh yang sebenarnya. Organoid menawarkan ilmu peluang baru untuk mensimulasikan dan menyelidiki proses pertumbuhan organ. Proses-proses ini tidak dapat diamati dalam sistem model dua dimensi yang disederhanakan yang digunakan di masa lalu.

Menggunakan organoid kelenjar susu untuk menganalisis interaksi kompleks sel dengan jaringan sekitarnya, para ilmuwan di Technical University of Munich, Helmholtz Zentrum München dan Ruhr-Universität Bochum telah menunjukkan, bahwa pertumbuhan jaringan kelenjar di payudara manusia secara eksplisit dipengaruhi oleh sifat mekanik jaringan kolagen sekitarnya.

Proses pengembangan dinamis terintegrasi

Organoid yang ditumbuhkan oleh tim membentuk saluran kelenjar bercabang yang struktur dan organisasinya sangat mirip dengan kelenjar susu manusia. Selama proses pertumbuhan, masing-masing cabang organoid menginvasi ke dalam matriks kolagen di sekitarnya.

“Dimulai dengan satu sel punca, hanya dalam 14 hari organoid ini membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks, bercabang, yang terdiri dari beberapa ribu sel. Ini benar-benar menarik,” kata Andreas Bausch, Profesor Biofisika Seluler di TU Munich dan kepala kelompok penelitian.

Tim peneliti menggunakan mikroskop yang diselesaikan secara temporal pada struktur yang tumbuh selama beberapa hari dan berhasil memantau proses pengembangan dinamis secara rinci. Mereka menemukan bahwa pertumbuhan organoid secara substansial ditentukan oleh gerakan kolektif sel.

Dengan mengembang ke arah gerakan dan kemudian berkontraksi lagi, sel-sel menghasilkan kekuatan yang begitu kuat sehingga mereka merusak matriks kolagen di sekitarnya, sehingga memungkinkan organoid untuk secara mandiri mengatur arah pertumbuhannya sendiri lebih lanjut.

Rangsangan mekanis secara signifikan mempengaruhi pertumbuhan organ

'kandang' kolagen yang stabil

"Ini dimungkinkan oleh plastisitas mekanis kolagen," kata Benedikt Buchmann, penulis utama studi tim peneliti. “Ketika sel-sel individu bergerak maju mundur secara kolektif, mereka menghasilkan ketegangan sedemikian rupa sehingga sel-sel cabang dapat merusak matriks kolagen.”

Proses keseluruhan menghasilkan pembentukan 'kandang' kolagen yang stabil secara mekanis yang akhirnya mengelilingi cabang yang sedang tumbuh. Sangkar kolagen ini kemudian mengontrol generasi tegangan lebih lanjut, pertumbuhan cabang dan deformasi plastis matriks.

Temuan ini memberikan dasar untuk penggunaan sistem model ini untuk menyelidiki proses yang lebih kompleks seperti langkah pertama dalam metastasis atau interaksi timbal balik dengan jenis sel lain. Penelitian intensif saat ini sedang dalam perjalanan untuk menentukan apakah mekanisme pengaturan diri ini juga terjadi pada organ lain.