Stimulii mecanici influențează semnificativ creșterea organelor

Stimulii mecanici influențează semnificativ creșterea organelor

Pe lângă factorii chimici, influențele mecanice joacă un rol important în creșterea naturală a organelor umane, cum ar fi rinichii, plămânii și glandele mamare - dar și în dezvoltarea tumorilor. Acum, o echipă de cercetători de la Universitatea Tehnică din München (UTM) a investigat procesul în detaliu folosind organoizi, sisteme tridimensionale ale acestor organe care sunt produse în laborator.

Organoidele sunt sisteme tridimensionale care modelează diferite organe umane. Crescute în laborator, prezintă proprietăți similare cu cele ale țesutului corporal propriu-zis. Organoidele oferă științei noi oportunități de a simula și investiga procesele de creștere a organelor. Aceste procese nu au putut fi observate în sistemele de modele bidimensionale simplificate utilizate în trecut.

Folosind organoizi ai glandei mamare pentru a analiza interacțiunile complexe ale celulelor cu țesutul înconjurător, oamenii de știință de la Universitatea Tehnică din München, Helmholtz Zentrum München și Ruhr-Universität Bochum au arătat că creșterea țesutului glandei în sânul uman este influențată în mod explicit prin proprietățile mecanice ale rețelei de colagen din jur.

Proces integrat de dezvoltare dinamică

Organoidele cultivate de echipă formează conducte glandulare ramificate a căror structură și organizare seamănă foarte mult cu cea a glandei mamare umane. În timpul procesului de creștere, ramurile organoide individuale invadează în matricea de colagen din jur.

„Începând cu o singură celulă stem, în doar 14 zile acești organoizi formează o structură complexă, ramificată, tridimensională, formată din câteva mii de celule. Acest lucru este absolut fascinant ”, spune Andreas Bausch, profesor de biofizică celulară la TU München și șef al grupului de cercetare.

Echipa de cercetare a folosit microscopie rezolvată temporar pe structurile în creștere pe parcursul a câteva zile și a monitorizat cu succes procesul de dezvoltare dinamică în detaliu. Au descoperit că creșterea organoidă este dictată în mod substanțial de mișcările colective ale celulelor.

Prin extinderea în direcția de mișcare și apoi contractarea din nou, celulele generează forțe atât de puternice încât deformează matricea de colagen din jur, făcând posibil ca organoidul să organizeze independent direcția propriei sale creșteri suplimentare.

Stimulii mecanici influențează semnificativ creșterea organelor

„Colivie stabilă de colagen”

„Acest lucru este posibil datorită plasticității mecanice a colagenului”, spune Benedikt Buchmann, autorul principal al studiului echipei de cercetare. „Când celulele individuale se mișcă înainte și înapoi în mod colectiv, acestea produc o tensiune atât de mare încât celulele unei ramuri pot deforma matricea de colagen”.

Procesul general are ca rezultat formarea unei „cuști” de colagen stabilă mecanic care înconjoară în cele din urmă ramura în creștere. Această colivie de colagen controlează apoi generarea ulterioară de tensiune, creșterea ramurilor și deformarea plastică a matricei.

Aceste descoperiri oferă baza pentru utilizarea acestui model de sistem pentru a investiga procese mai complexe, cum ar fi primii pași în metastază sau interacțiunea reciprocă cu alte tipuri de celule. Cercetări intensive actuale sunt acum pe cale de a determina dacă acest mecanism de auto-organizare apare și în alte organe.

Detonic