Mehāniskie stimuli būtiski ietekmē orgānu augšanu

Mehāniskie stimuli būtiski ietekmē orgānu augšanu

Papildus ķīmiskajiem faktoriem mehāniskajai ietekmei ir svarīga loma cilvēka orgānu, piemēram, nieru, plaušu un piena dziedzeru, dabiskajā augšanā, bet arī audzēju attīstībā. Tagad pētnieku grupa Minhenes Tehniskajā universitātē (TUM) ir detalizēti izpētījusi procesu, izmantojot laboratorijā ražoto organoīdu - šādu orgānu trīsdimensiju modeļu sistēmas.

Organoīdi ir trīsdimensiju sistēmas, kas modelē dažādus cilvēka orgānus. Audzētas laboratorijā, tām piemīt īpašības, kas līdzīgas faktisko ķermeņa audu īpašībām. Organoīdi piedāvā zinātnei jaunas iespējas simulēt un izpētīt orgānu augšanas procesus. Šos procesus nevarēja novērot agrāk izmantotajās vienkāršotajās divdimensiju modeļu sistēmās.

Izmantojot piena dziedzera organoīdus, lai analizētu šūnu sarežģīto mijiedarbību ar apkārtējiem audiem, Minhenes Tehniskās universitātes, Helmholtz Zentrum München un Ruh-Universität Bochum zinātnieki ir parādījuši, ka cilvēka krūts dziedzera audu augšana ir skaidri ietekmēta ar apkārtējā kolagēna tīkla mehāniskajām īpašībām.

Integrēts dinamisks attīstības process

Komandas izaudzētie organoīdi veido sazarotus dziedzeru kanālus, kuru struktūra un organizācija ļoti līdzinās cilvēka piena dziedzerim. Augšanas procesā atsevišķi organoīdu zari iebrūk apkārtējā kolagēna matricā.

“Sākot ar vienu cilmes šūnu, tikai 14 dienu laikā šie organoīdi veido sarežģītu, sazarotu, trīsdimensiju struktūru, kas sastāv no vairākiem tūkstošiem šūnu. Tas ir absolūti aizraujoši, ”saka Andreass Baušs, TU Minhenes šūnu biofizikas profesors un pētniecības grupas vadītājs.

Pētnieku grupa vairāku dienu laikā izmantoja laika gaitā atrisinātu mikroskopiju augošajām struktūrām un veiksmīgi detalizēti uzraudzīja dinamisko attīstības procesu. Viņi atklāja, ka organoīdu augšanu būtiski nosaka šūnu kolektīvās kustības.

Paplašinoties kustības virzienā un pēc tam atkal saraujoties, šūnas rada tik spēcīgus spēkus, ka deformē apkārtējo kolagēna matricu, ļaujot organoīdam patstāvīgi organizēt savu tālākās izaugsmes virzienu.

Mehāniskie stimuli būtiski ietekmē orgānu augšanu

Stabils kolagēna "būris"

"To nodrošina kolagēna mehāniskā plastika," saka Benedikts Buhmans, pētniecības grupas pētījuma vadošais autors. "Kad atsevišķas šūnas kolektīvi pārvietojas uz priekšu un atpakaļ, tās rada tādu spriedzi, ka filiāles šūnas var deformēt kolagēna matricu."

Kopējā procesa rezultātā veidojas mehāniski stabils kolagēna “būris”, kas galu galā ieskauj augošo zaru. Tad šis kolagēna būris kontrolē turpmāku spriedzes radīšanu, zaru augšanu un matricas plastisko deformāciju.

Šie atklājumi ir pamats šīs modeļa sistēmas izmantošanai, lai izpētītu sarežģītākus procesus, piemēram, pirmos posmus metastāzēs vai savstarpēju mijiedarbību ar citiem šūnu tipiem. Pašreiz notiek intensīvi pētījumi, lai noteiktu, vai šis pašorganizācijas mehānisms notiek arī citos orgānos.