Исследование показывает, что при искривлении ткани объем составляющих ее клеток увеличивается
Международная команда из Женевского университета (UNIGE) обнаружила неожиданный механизм в морфогенезе — процессе, регулирующем распределение клеток в пространстве во время эмбрионального развития. Ученые выяснили, что при искривлении ткани объем ее клеток не уменьшается, а увеличивается примерно на 50%. Это открытие имеет значение для выращивания органов in vitro и создания новых материалов. Исследование опубликовано в журнале Developmental Cell.
Клетки разбухают, и это неожиданно
Исследуя реакцию клеток на изгиб, ученые свернули in vitro монослой — плоский, компактный слой клеток, расположенных рядом друг с другом. Наблюдения показали противоположное тому, что происходит при сгибании упругого материала.
«Мы обнаружили, что объем клеток, находящихся в зоне искривления, увеличивается примерно на 50% через пять минут, вместо того чтобы уменьшиться, а затем возвращается к норме в течение 30 минут», — объясняет последний автор исследования Орельен Ру.
При изгибе такого «листа» клеток (аналогичного тому, из которого состоит наша кожа) клетки набухали, принимая форму небольших куполов.
«Тот факт, что это увеличение объема происходит ступенчато во времени и является временным, также показывает, что это активная и живая система», — добавляет первый автор исследования Катерина Томба.
Механическое и биологическое явление
Увеличение объема объясняется комбинацией двух явлений:
Механическая реакция на кривизну.
Влияние осмотического давления на клетку.
Клетки находятся в среде соленой воды. Их полупроницаемая мембрана пропускает воду, но не соль, что создает осмотическое давление. Чем выше концентрация соли снаружи, тем больше воды поступает в клетку, увеличивая ее объем.
«Когда вызывается искривление, клетки реагируют так, как будто увеличилось осмотическое давление. Поэтому они поглощают больше воды, что приводит к их набуханию», — поясняет Орельен Ру.
Полезно для сокращения экспериментов на животных
Это открытие — важный шаг для развития in vitro технологий выращивания органоидов. Эти трехмерные клеточные структуры, имитирующие микроанатомию и функции органа, могут заменить многие исследования на животных.
«Наше открытие — это активное явление, которое необходимо учитывать для контроля спонтанного роста органоидов, то есть для получения желаемой формы и размера органа», — говорит Орельен Ру.
Долгосрочная цель — возможность «выращивать» любой заменяющий орган для пациентов.
Результаты также интересны для промышленности. Сегодня не существует материалов, объем которых увеличивался бы при складывании.
«Инженеры концептуализировали такой материал, но так и не создали его, потому что его производство было чрезвычайно сложным. Наша работа также предлагает новые ключи к пониманию разработки таких материалов», — заключает Орельен Ру.