Mechanické podnety významne ovplyvňujú rast orgánov

Mechanické podnety významne ovplyvňujú rast orgánov

Okrem chemických faktorov hrajú mechanické vplyvy dôležitú úlohu v prirodzenom raste ľudských orgánov, ako sú obličky, pľúca a mliečne žľazy, ale aj vo vývoji nádorov. Teraz výskumný tím na Technickej univerzite v Mníchove (TUM) podrobne skúmal proces pomocou organoidov, trojrozmerných modelových systémov týchto orgánov, ktoré sa vyrábajú v laboratóriu.

Organoidy sú trojrozmerné systémy modelovajúce rôzne ľudské orgány. Pestované v laboratóriu vykazujú vlastnosti podobné vlastnostiam skutočného telesného tkaniva. Organoidy ponúkajú vede nové príležitosti na simuláciu a skúmanie procesov rastu orgánov. Tieto procesy nebolo možné pozorovať v zjednodušených dvojrozmerných modelových systémoch používaných v minulosti.

Vedci z Mníchovskej technickej univerzity, Helmholtz Zentrum München a Ruhr-Universität Bochum pomocou organoidov mliečnych žliaz na analýzu komplexných interakcií buniek s okolitým tkanivom preukázali, že rast tkaniva žľazy v ľudskom prsníku je výslovne ovplyvnený mechanickými vlastnosťami okolitej kolagénovej siete.

Integrovaný proces dynamického rozvoja

Organoidy vypestované tímom tvoria rozvetvené žľazové kanály, ktorých štruktúra a organizácia sa veľmi podobajú štruktúre ľudskej mliečnej žľazy. Počas procesu rastu jednotlivé vetvy organoidov napadajú okolitú kolagénovú matricu.

"Počnúc jednou kmeňovou bunkou, len za 14 dní tvoria tieto organoidy zložitú, rozvetvenú, trojrozmernú štruktúru pozostávajúcu z niekoľkých tisíc buniek." To je úplne fascinujúce, “hovorí Andreas Bausch, profesor bunkovej biofyziky na TU v Mníchove a vedúci výskumnej skupiny.

Výskumný tím použil dočasne rozlíšenú mikroskopiu na rastúcich štruktúrach v priebehu niekoľkých dní a úspešne podrobne monitoroval proces dynamického vývoja. Zistili, že rast organoidov je v podstate diktovaný kolektívnymi pohybmi buniek.

Rozširovaním v smere pohybu a následným kontrakciou bunky generujú sily také silné, že deformujú okolitú kolagénovú matricu, čo umožňuje organoidu nezávisle usporiadať smer jeho vlastného ďalšieho rastu.

Mechanické podnety významne ovplyvňujú rast orgánov

Stabilná kolagénová klietka

„To je možné vďaka mechanickej plasticite kolagénu,“ hovorí Benedikt Buchmann, hlavný autor štúdie výskumného tímu. "Keď sa jednotlivé bunky hromadne pohybujú tam a späť, vytvárajú také napätie, že bunky vetvy môžu deformovať kolagénovú matricu."

Výsledkom celého procesu je vytvorenie mechanicky stabilnej kolagénovej „klietky“, ktorá nakoniec obklopuje rastúcu vetvu. Táto kolagénová klietka potom riadi ďalšiu generáciu napätia, rast konárov a plastickú deformáciu matrice.

Tieto objavy poskytujú základ pre použitie tohto modelového systému na skúmanie zložitejších procesov, ako sú prvé kroky v metastázovaní alebo vzájomnej interakcii s inými typmi buniek. Súčasný intenzívny výskum je na ceste k určeniu, či sa tento mechanizmus samoorganizácie vyskytuje aj v iných orgánoch.