Исследование предполагает, что форма и размер некоторых типов эпителиальных трубок регулируются механическими силами, возникающими в результате взаимодействия клеток с поддерживающим внеклеточным матриксом (ECM), который их окружает. Работа и ее результаты были опубликованы в научном журнале Nature Cell Biology 15 февраля 2016 года.Организация внеклеточного матрикса определяет морфологию просветаВсе основные органы человеческого тела, такие как кровеносные сосуды, легкие, почки, печень, поджелудочная железа и кишечник, состоят из разветвленной сети труб.
Эти трубки функционируют как биологические трубопроводы, которые транспортируют и доставляют жизненно важные жидкости, газы или макромолекулы от одного участка тела к другому. В зависимости от органа, в котором они образованы, или конкретной функции, которую они выполняют, трубки сильно различаются по размеру и форме, а дефекты их трубчатой архитектуры связаны с рядом заболеваний, таких как атеросклероз и поликистоз почек.
Трубки окружают полые пространства, называемые просветами, и в основном состоят из одного или нескольких слоев эпителиальных клеток. Как важная предпосылка для образования трубок, эпителиальные клетки становятся асимметричными или «полярными», приобретая структурно и функционально отличные концы или поверхности. После этого клетки претерпевают изменения формы и организуются вокруг центрального просвета, причем их апикальные (верхние) поверхности обращены к просвету, базальные (нижние) поверхности взаимодействуют с подлежащей тканью, а боковые (боковые) поверхности находятся в тесном контакте с соседними клетками. . Подавляющее большинство исследований образования трубок сосредоточено на понимании молекулярных механизмов, ведущих к поляризации клеток, и последующих клеточных механизмов, которые управляют образованием просветов. Однако факторы, которые регулируют форму, размер и продольное удлинение просветов в трубках, остаются неясными.
Недавнее совместное исследование, проведенное доцентом Вирджил Вяснофф, главным исследователем Института механобиологии (MBI) Национального университета Сингапура и CNRS (Франция), и профессором Ханри Ю, главным исследователем в MBI и руководителем группы в Институте биоинженерии и нанотехнологий ( IBN) компании A * STAR, направленная на решение этих ключевых вопросов.Изучая образование «желчных канкулов», которые представляют собой просветы, образованные между контактирующими боковыми поверхностями двух клеток печени, ученые использовали «минимальный органный подход». Это включало культивирование двух клеток печени (гепатоцитов), которые могут действовать как функциональная единица органа на искусственных мембранах, изготовленных из микролунок. Микролунки покрыты белком ЕСМ, называемым фибронектином, который способствует связыванию клеток и создает условия роста, идентичные микроокружению внутри клеток.
Покрывая микролунки по-разному, ученые изменили организацию внеклеточного матрикса вокруг клеток и сравнили морфологию желчных кантикулов и направление их роста. Неожиданно они обнаружили, что форма просвета контролируется трехмерной организацией внеклеточного матрикса вокруг клеток. Кроме того, просветы предпочтительнее удлиняться по направлению к свободной поверхности клетки, от ECM.После серии экспериментов, чтобы понять роль ECM в определении формы и удлинения просвета, исследователи предложили механическую основу для регуляции морфологии просвета.
Согласно их модели, силы, возникающие из-за адгезии клеток к ECM, влияют на баланс сил внутри клеток и создают градиент межклеточной силы (силы между двумя контактирующими клетками). Просвет удлиняется в направлении минимальной силы, так как более высокая межклеточная сила сжимает контактирующие клеточные поверхности вместе и предотвращает расширение просветов в этом направлении.
По словам профессора Вясноффа, который руководил исследованием: «Этот подход с использованием минимальных органов обеспечивает уникальную демонстрацию того, как можно использовать биомиметические интерфейсы для исследования и понимания влияния микросреды на клеточные процессы». Профессор Ю добавил: «Полученные данные не только открыли основные принципы морфогенеза тканей, но и пролили свет на руководящие принципы для применения в регенеративной медицине».Это исследование впервые показывает, что взаимодействие между клетками и ECM может контролировать и направлять механическое напряжение между клетками. Это механическое напряжение напрямую влияет на направление удлинения межклеточного просвета.
Это механическое управление морфологией просвета отвечает за различия в форме и размерах просветов, формируемых в различных условиях микросреды.Доцент Вяснофф пришел к выводу, что этот подход предлагает очень многообещающий способ понять не только образование трубок, но и поляризацию клеток.
В более широком смысле команда ожидает, что это исследование станет первым шагом к пониманию того, как среда, окружающая клетки, влияет на их взаимодействие в нормальных и болезненных случаях.