Rangsangan mekanikal mempengaruhi pertumbuhan organ secara signifikan

Rangsangan mekanikal mempengaruhi pertumbuhan organ secara signifikan

Sebagai tambahan kepada faktor kimia, pengaruh mekanikal memainkan peranan penting dalam pertumbuhan semula jadi organ manusia seperti ginjal, paru-paru dan kelenjar susu - tetapi juga dalam perkembangan tumor. Kini pasukan penyelidik di Universiti Teknikal Munich (TUM) telah menyelidiki proses tersebut secara terperinci menggunakan organoid, sistem model tiga dimensi organ-organ tersebut yang dihasilkan di makmal.

Organoid adalah sistem tiga dimensi yang memodelkan pelbagai organ manusia. Tumbuh di makmal, mereka menunjukkan sifat yang serupa dengan tisu badan yang sebenarnya. Organoid menawarkan sains peluang baru untuk mensimulasikan dan menyelidiki proses pertumbuhan organ. Proses ini tidak dapat diperhatikan dalam sistem model dua dimensi yang disederhanakan yang digunakan pada masa lalu.

Dengan menggunakan organoid kelenjar susu untuk menganalisis interaksi sel yang kompleks dengan tisu sekitarnya, para saintis di Universiti Teknikal Munich, Helmholtz Zentrum München dan Ruhr-Universität Bochum telah menunjukkan, bahawa pertumbuhan tisu kelenjar pada payudara manusia dipengaruhi secara eksplisit oleh sifat mekanikal rangkaian kolagen di sekitarnya.

Proses pembangunan dinamik bersepadu

Organoid yang ditanam oleh pasukan membentuk saluran kelenjar bercabang yang struktur dan organisasinya sangat mirip dengan kelenjar susu manusia. Semasa proses pertumbuhan, cawangan organoid individu menyerang ke dalam matriks kolagen di sekitarnya.

"Bermula dengan satu sel induk, 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 Biofizik Selular di TU Munich dan ketua kumpulan penyelidikan.

Pasukan penyelidik menggunakan mikroskopi yang diselesaikan secara sementara pada struktur yang tumbuh selama beberapa hari dan berjaya memantau proses pengembangan dinamik secara terperinci. Mereka mendapati bahawa pertumbuhan organoid secara substansial ditentukan oleh pergerakan sel secara kolektif.

Dengan mengembang ke arah pergerakan dan kemudian berkontrak lagi, sel menghasilkan daya yang begitu kuat sehingga mereka mengubah bentuk matriks kolagen di sekitarnya, memungkinkan organoid secara tersusun mengatur arah pertumbuhannya sendiri.

Rangsangan mekanikal mempengaruhi pertumbuhan organ secara signifikan

'Kandang' kolagen stabil

"Ini dimungkinkan oleh keplastikan mekanikal kolagen," kata Benedikt Buchmann, pengarang utama kajian pasukan penyelidikan. "Ketika sel-sel individu bergerak bolak-balik secara kolektif, mereka menghasilkan ketegangan sehingga sel-sel cabang dapat mengubah matriks kolagen."

Proses keseluruhan menghasilkan pembentukan 'kandang' kolagen yang stabil secara mekanikal yang akhirnya mengelilingi cabang yang tumbuh. Kandang kolagen ini kemudian mengawal ketegangan generasi seterusnya, pertumbuhan cabang dan ubah bentuk plastik matriks.

Penemuan ini memberi asas kepada penggunaan sistem model ini untuk menyelidiki proses yang lebih kompleks seperti langkah pertama dalam metastasis atau interaksi bersama dengan jenis sel lain. Penyelidikan semasa yang intensif sedang dalam perjalanan untuk menentukan sama ada mekanisme organisasi diri ini juga berlaku pada organ lain.