Тайна морщин человека: что говорят клетки?

Исследовательская группа профессоров Донг Сунг Кима и Анны Ли, а также доктора Джесунг Йона из Департамента машиностроения POSTECH успешно воссоздала структуру морщин в биологической ткани in vitro и раскрыла механизмы их формирования. Результаты опубликованы 19 августа в журнале Nature Communications.

Хотя морщины часто ассоциируются со старением кожи, многие органы и ткани, включая мозг, желудок и кишечник, также имеют характерные узоры морщин. Эти структуры играют ключевую роль в регуляции клеточных состояний и дифференцировки, способствуя физиологическим функциям каждого органа.

Понимание того, как биологические ткани складываются и образуют морщины, жизненно важно для понимания сложности живых организмов. Эти знания могут быть центральными для прогресса в исследованиях старения кожи, регенеративной терапии и эмбриологии.

Несмотря на значимость, большая часть исследований в этой области полагалась на модели животных (плодовые мушки, мыши, цыплята) из-за сложности воспроизведения формирования морщин in vitro. Подробные процессы оставались в значительной степени неизвестными.

Команда профессора Кима преодолела это ограничение, разработав модель эпителиальной ткани, состоящую исключительно из человеческих эпителиальных клеток и внеклеточного матрикса (ECM). Комбинируя эту модель с устройством, способным прикладывать точные сжимающие силы, они успешно воссоздали и наблюдали in vitro структуры морщин, типичные для кишечника, кожи и других тканей in vivo.

Этот прорыв позволил впервые воспроизвести как иерархическую деформацию одной глубокой морщины под действием сильного сжатия, так и формирование множества мелких морщин при более легком сжатии.

Команда также обнаружила, что такие факторы, как пористая структура подлежащего ECM, дегидратация и прикладываемая к эпителиальному слою сжимающая сила, имеют решающее значение для процесса образования морщин. Эксперименты показали, что сжимающие силы, деформирующие слой эпителиальных клеток, вызывали механическую нестабильность в слое ECM, что приводило к формированию морщин.

Кроме того, было установлено, что обезвоживание слоя ECM является ключевым фактором в этом процессе. Эти наблюдения близко отражают эффекты, наблюдаемые при старении кожи, где дегидратация подлежащего слоя ткани ведет к развитию морщин, предоставляя механистическую модель для их понимания.

Профессор Донг Сунг Ким заявил: "Мы разработали платформу, которая может воспроизводить различные структуры морщин в живой ткани без необходимости тестирования на животных. Эта платформа позволяет проводить визуализацию в реальном времени и детальное наблюдение за формированием морщин на клеточном и тканевом уровнях — процессы, которые трудно зафиксировать в традиционных моделях животных. Она имеет широкий спектр применений в таких областях, как эмбриология, биомедицинская инженерия, косметика и другие".