Как формируется кишечник: роль механических сил в образовании интестинальных органоидов

Исследователи из FMI выяснили, как в интестинальных органоидах образуются крипты — углубления, в которых находятся стволовые клетки, ответственные за регенерацию и долгосрочную стабильность кишечника. Эти открытия могут иметь значение для тканевой инженерии и регенеративной медицины.

Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Лабораторные интестинальные органоиды повторяют структуры кишечника, включая крипты. Однако точные механические процессы, управляющие формированием крипт, оставались неясными.

Учёные из лаборатории Либерали и их коллеги из Института науки и технологий Австрии создали модель, объясняющую формирование крипт в органоидах через связь механических сил и клеточных ответов с формой ткани.

Модель и механизм

Модель предполагает, что изменения объёма клеток кишечника и просвета (lumen) — заполненной жидкостью полости внутри органоида — играют ключевую роль в модуляции механических сил внутри ткани. По мере сокращения просвета снижается энергия, необходимая для изгиба ткани, и увеличивается разница в натяжении между клеточными слоями. Эта механическая обратная связь — ключевой драйвер образования крипт.

"По мере уменьшения объёма просвета органоида ткань изгибается, и появляются крипты", — говорит Либерали.

Экспериментальная проверка

Для проверки модели исследователи искусственно увеличили объём просвета. В органоидах на ранней стадии развивающиеся крипты раскрывались обратно, а полностью сформированные крипты оставались неизменными. Дальнейшие эксперименты показали, что в развивающихся криптах изменения объёма alter распределение миозина — ключевого белка клеточного сокращения — и ослабляли натяжение. В зрелых криптах миозин оставался стабильным, фиксируя структуру.

Дальнодействующий сигнал

Исследователи также обнаружили, что давление в просвете действует как дальнодействующий сигнал, способный синхронизировать формирование крипт во всём органоиде. Это означает, что все крипты в одном органоиде реагируют на изменения давления жидкости, обеспечивая согласованное развитие.

Подобные механические петли обратной связи могут работать и в других тканевых моделях.

"Эта работа помогает объяснить, как механические силы влияют на развитие органов, и может иметь более широкие последствия для регенеративной медицины и тканевой инженерии".