Медленные, но мощные силы тканей могут быть так же важны, как гены и биохимия в формировании органов

Новое исследование Сиракузского университета показывает, что устойчивые, мощные потоки тканей могут быть столь же значимы для формирования развивающегося органа, как и биохимические сигналы. Ранее считалось, что за эти процессы отвечает в основном быстродействующая биохимия генов и белков.

«Мы показали, что механические взаимодействия так же важны, как и биохимические сигнальные взаимодействия в развитии органов. Они работают вместе», — говорит профессор физики М. Лиза Мэннинг, соавтор исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Органы движутся, меняя форму

Исследователи изучали крошечный заполненный жидкостью орган — пузырёк Купфера (KV) в эмбрионах рыбки данио-рерио. Этот временный орган из примерно 100 клеток определяет симметрию тела.

В течение своего короткого существования KV медленно проталкивается через окружающую ткань в сторону хвоста эмбриона. Это движение создаёт давление в окружающей ткани, которая также начинает мигрировать — медленно, но устойчиво и мощно.

«В тканях вокруг пузырька Купфера существует градиент жёсткости: менее жёсткая ткань, которая течёт, как мёд, со стороны головы, и более твёрдая ткань ближе к хвосту», — объясняет Мэннинг. — Когда этот похожий на воздушный шар орган движется через такую вязкую и почти твёрдую ткань, создаются сильные механические силы. Даже эти очень медленные движения тканей могут генерировать удивительно большие силы».

С помощью математических моделей, визуализации в реальном времени и физических экспериментов учёные проверили, как медленное движение ткани влияет на форму KV.

Модели показали, что медленно движущиеся ткани генерируют достаточно физической силы, чтобы помочь сформировать KV. Затем команда, используя точные лазерные инструменты, нарушила эти силы в живых эмбрионах. Форма органа изменилась именно так, как предсказывали их модели.

Потенциальное значение

Эти открытия могут помочь понять, как формируются части тела не только у рыб, но и у людей, что важно для регенеративной медицины и лечения врождённых дефектов органов.

«Мы изучаем, как эти динамические силы влияют на раковые опухоли. Я также работаю с учёными, которые будут применять эти идеи к человеческим органоидам, полезным, например, для трансплантации тканей», — говорит Мэннинг.