Связки и кости формируются не так, как считалось ранее

Новое исследование учёных Северо-Восточного университета ставит под сомнение давнее убеждение, что соединительные ткани, придающие механическую прочность (сухожилия, связки, кости, кожа), формируются в человеческом теле путём соединения клеток.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Matter, наши ткани, вероятнее, формируются путём растяжения клеток друг от друга.

Долгое время считалось, что человеческие клетки формируют и соединяют ткани, используя паттерны, закодированные в ДНК, — говорит Джефф Руберти, профессор биоинженерии и соавтор исследования. Теория заключалась в том, что клетки индивидуально «откладывают» или «печатают» ткани по заданному алгоритму.

Руберти и его коллеги представили доказательства, что коллаген — основной белок, формирующий наши ткани, — не предварительно изготавливается и не размещается клетками. Вместо этого он формируется в результате кооперативного растяжения клеток друг от друга.

«Этот материал имеет тенденцию накапливаться по пути приложения силы, где он достигает состояния с более низкой энергией, но находится под высоким растягивающим напряжением. Мы предполагаем, что клетки вашего тела совместно создают структуру, буквально формируя линии натяжения, вдоль которых коллаген осаждается в структуру. Короче, сила вызывает структуру, которая затем сопротивляется силе, создавшей её».

Для исследования команда, используя донорские человеческие клетки, создала модель человеческой роговицы. С помощью высокоточных микроскопов и диагностических инструментов они в реальном времени наблюдали биомеханические процессы её формирования.

Они наблюдали, как клетки растягиваются, чтобы сформировать структуру, и идентифицировали пять уникальных типов растяжения.

Лаборатория Руберти впервые предположила этот феномен в 2016 году. Новое исследование подтверждает, что клетки могут кристаллизовать мономеры коллагена, прикладывая к ним силу.

Это открытие может помочь в разработке лучших методов лечения фиброза и других состояний, при которых раны плохо заживают. Оно открывает возможности для «лепки» тканей путём приложения нагрузки к мономерам.

«Теория Джефа сначала кажется немного нелогичной... Она переворачивает всё с ног на голову и заставляет усомниться во всём, что вы могли думать», — говорит Александра Сильверман, соавтор исследования.

Руберти отмечает, что натяжение критически важно для правильного формирования организма: «Растяжение необходимо для того, чтобы вы вообще сформировались правильно».