Связность 3D структур в тканях обеспечивает показатели для развития органов

 

Органы в человеческом теле имеют сложную сеть заполненных жидкостью трубок и петель. Они бывают разных форм, и их трехмерные структуры по-разному связаны друг с другом, в зависимости от органа. Во время развития эмбриона органы формируют свою форму и архитектуру тканей из простой группы клеток. Было непросто понять, как форма и сложная тканевая сеть возникают во время развития органа.

 

Показатели развития органов впервые были определены учеными из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка (MPI-CBG) и Института физики сложных систем (MPI-PKS) в Дрездене, а также Научно-исследовательского института молекулярной патологии (IMP) в Вене. В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, международная команда исследователей предоставляет необходимые инструменты для преобразования области органоидов — миниатюрных органов — в инженерную дисциплину для разработки модельных систем для развития человека.

Коллективное взаимодействие клеток приводит к формированию организма в процессе развития. Различные органы имеют различную геометрию и по-разному связанные трехмерные структуры, которые определяют функцию заполненных жидкостью трубок и петель в органах. Примером может служить архитектура разветвленной сети почек, которая поддерживает эффективную фильтрацию крови.

Наблюдать эмбриональное развитие в живой системе сложно, вот почему существует так мало концепций, описывающих, как развиваются сети заполненных жидкостью трубок и петель. В то время как прошлые исследования показали, как клеточная механика вызывает локальные изменения формы во время развития организма, неясно, как возникает связь тканей.

Объединив визуализацию и теорию, исследователь Кейсуке Исихара первым начал работать над этим вопросом в группе Яна Брюгге в MPI-CBG и MPI-PKS. Позже он продолжил свою работу в группе Элли Танаки в IMP. Вместе со своим коллегой Аргьядипом Мукерджи, ранее работавшим исследователем в группе Фрэнка Юлихера в MPI-PKS, и Яном Бругесом Кейсуке использовал органоиды, полученные из эмбриональных стволовых клеток мыши, которые образуют сложную сеть эпителия, выстилающего органы и выполняющего функцию барьера.

"Я до сих пор помню волнующий момент, когда я обнаружил, что некоторые органоиды превратились в ткани с множеством бутонов, которые выглядели как виноградная гроздь. Однако описать изменения в трехмерной архитектуре в процессе разработки оказалось непросто", - говорит Кейсуке. "Я обнаружил, что эта органоидная система генерирует удивительные внутренние структуры со множеством петель или проходов, напоминающие игрушечный мяч с отверстиями".

Изучение развития тканей в органоидах имеет несколько преимуществ: их можно наблюдать с помощью передовых методов микроскопии, что позволяет увидеть динамические изменения глубоко внутри ткани. Они также могут генерироваться в больших количествах, и окружающей средой можно управлять, чтобы влиять на развитие. Исследователи смогли изучить форму, количество и связность эпителия. Они отслеживали изменения во внутренней структуре органоидов с течением времени.

Кейсуке продолжает: "Мы обнаружили, что соединение тканей возникает в результате двух различных процессов: либо два отдельных эпителия сливаются, либо один эпителий самовосстанавливается, соединяя два своих конца и тем самым создавая петлю в форме пончика". Исследователи предполагают, основываясь на теории эпителиальных поверхностей, что негибкость эпителия является ключевым параметром, который контролирует слияние эпителия и, в свою очередь, развитие тканевой связи.

Руководители исследования Ян Брюгге, Фрэнк Юлихер и Элли Танака заключают: "Мы надеемся, что наши результаты позволят по-новому взглянуть на сложную архитектуру тканей и взаимосвязь между формой и сетевыми связями в развитии органов. Наша система экспериментов и анализа поможет сообществу органоидов охарактеризовать и спроектировать самоорганизующиеся ткани, имитирующие человеческие органы. Раскрывая, как клеточные факторы влияют на развитие органов, эти результаты также могут быть полезны биологам, изучающим клетки развития, которые интересуются организационными принципами".

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (21.11.2022)
Просмотров: 16 | Рейтинг: 0.0/0