Медленные и постоянные силы, воздействующие на ткани, могут быть так же важны для формирования развивающихся органов, как гены и биохимия.

от

В прошлом учёные считали, что быстродействующая биохимия генов и белков отвечает за направление сил, формирующих развивающиеся органы. Однако новое исследование Сиракузского университета показывает, что постоянные мощные потоки тканей могут играть не менее значимую роль в развитии органов, чем биохимия. Понимание этого физического процесса может помочь врачам найти способы профилактики или лечения заболеваний человека.

«Мы показали, что механические взаимодействия так же важны, как и биохимические сигнальные взаимодействия в развитии органов», — говорит М. Лиза Мэннинг, профессор физики в Колледже искусств и наук (A&S), а также директор-основатель Института BioInspired в Сиракузском университете.

«Эти два процесса работают вместе. Это новая идея, которая развивается во многих лабораториях по всей стране — механика в сочетании с биохимией, обеспечивающей надёжное формирование органов», — добавила она.

Профессор Мэннинг является соавтором исследования, недавно опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences, вместе с Раджем Кумаром Манной, бывшим докторантом физического факультета A&S; Хайди Хенли, доцентом кафедры биологии в A&S; Джеффри Амаком, профессором клеточной и эволюционной биологии в Государственном университете Нью-Йорка в Медицинском университете штата; Эммой Ретцлафф, аспиранткой Медицинского университета штата Нью-Йорк; и сотрудниками лабораторий Амака и Хенли в Институте BioInspired.

Исследователи из Сиракуз ищут ответы в крошечной заполненной жидкостью структуре, похожей на воздушный шар, называемой везикулой Купфера (KV) у эмбрионов рыбок данио. KV, временный орган, состоящий примерно из 100 клеток, формирует симметрию тела рыбки данио. KV сообщает рыбе, на какой стороне тела должны развиваться её органы.

Во время своего краткого существования KV медленно толкается и притягивается самогенерируемыми клеточными силами через окружающую ткань в хвостовой части рыбки данио к её хвосту. Это движение KV создаёт давление в окружающей ткани, которая также начинает медленно, но неуклонно и мощно мигрировать.

Ранее большинство учёных считали, что движущиеся ткани не играют значительной роли в формировании органов. Но новое исследование показало, что медленно движущиеся ткани генерируют механические силы, которые могут формировать органы по мере их развития.

«В тканях вокруг везикулы Купфера существует градиент жёсткости: менее жёсткая ткань, которая течёт как мёд, находится со стороны, ближе к голове, а более жёсткая, похожая на твёрдое тело, — ближе к хвосту», — говорит Мэннинг. «Когда у вас есть такой шарообразный орган, движущийся через густую ткань, похожую на мёд, и почти твёрдую ткань, он создаёт сильные силы в тканях. И даже эти очень медленные движения тканей могут генерировать удивительно большие силы».

С помощью математических моделей, визуализации в реальном времени и физических экспериментов исследователи проверили, как медленное движение тканей влияет на форму KV. Модели показали, что медленно движущиеся ткани генерируют достаточно физической силы, чтобы помочь сформировать KV. Затем, используя точные лазерные инструменты, команда нарушила эти силы в живых эмбрионах. Форма органа изменилась именно так, как предсказывали их модели.

Эти результаты могут помочь исследователям понять, как формируются части тела не только у рыб, но и у людей, и будут полезны для регенеративной медицины и лечения врождённых дефектов органов и других заболеваний.

«Я работаю с учёными, которые будут применять эти исследовательские идеи к человеческим органоидам, которые полезны для таких вещей, как трансплантация тканей», — говорит Мэннинг. «Мы также изучаем, как эти динамические силы влияют на раковые опухоли».

Предоставлено Сиракузским университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте