Новый мощный метод раскрывает механическую среду клеток в их естественной среде обитания — живом эмбрионе

Клетки используют биохимические и механические сигналы из своего окружения для принятия важных решений, например, стать нейроном, клеткой кожи или сердца. Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UC Santa Barbara) разработали новый мощный метод, который впервые позволяет увидеть механическую среду, которую воспринимают клетки в живых тканях — их естественной, неизмененной трехмерной среде обитания.

"Знание того, как клетки реагируют на механические сигналы в живом эмбрионе и как они физически формируют ткани и органы в 3D-пространстве, изменит наше представление о процессах развития", — сказал Отгер Кампас, профессор кафедры машиностроения UCSB и старший автор статьи в Nature Methods.

Пробел в знаниях

Ученые десятилетиями сосредотачивались на роли биохимических сигналов в эмбриональном развитии, поскольку не существовало методов для измерения механических сигналов, которые клетки воспринимают во время формирования тканей и органов.

"Мы знаем, что механическая среда клеток важна", — пояснил Кампас. "Выращивание стволовых клеток на синтетических поверхностях с разной жесткостью показало, что стволовые клетки становятся разным типом клеток в зависимости исключительно от воспринимаемой механической среды".

До сих пор у ученых не было метода для изучения механических характеристик естественной клеточной среды — клеток, окруженных другими клетками и матриксом внутри живых тканей.

Суть метода

Ключевым элементом метода являются крошечные магниточувствительные капли, вводимые между клетками развивающегося эмбриона. При воздействии магнитного поля эти капли деформируются, оказывая давление на соседние клетки. Контролируя состав капель и силу магнитного поля, можно управлять прилагаемыми силами, а реакция окружающей ткани раскрывает ее механические характеристики и сигналы, которые воспринимают клетки.

Применение к развитию позвоночных

Ученые применили свой метод для изучения того, как механически строится ось тела позвоночных. Используя эмбрионы данио-рерио (zebrafish), они показали, что механические свойства ткани меняются вдоль оси тела, облегчая удлинение тела на его заднем конце.

Данные показали, что ткань ведет себя как жидкость во время роста, с механическими характеристиками, подобными густому меду. Ткань более текуча в растущих задних областях и становится менее текучей вдали от растущей области.

"Это похоже на выдувание стекла", — сказал Кампас. "Ткань более текуча в растущих областях и 'фиксирует' свою форму, становясь менее текучей там, где не нужно расширяться".

Значение

Результаты ученых имеют широкие последствия для понимания того, как органам придается форма и как клетки реагируют на свою естественную механическую среду как в здоровых тканях, так и во время болезни. Лаборатория Кампаса изучает несколько таких вопросов, включая формирование конечностей и то, как механические изменения в опухолях влияют на поведение злокачественных клеток и рост опухоли.