Текст уведомления здесь

Биоинженеры научились управлять образованием складок

Исследователи из Университета Калифорнии разгадали механизм образования складок в слоях живых клеток. На его основе разработан метод, с помощью которого можно создавать на поверхности листа ткани рябь заданной формы и складывать его в трехмерные фигуры.
Добавить в закладки
Комментарии

Образование складок из листов клеток играет огромную роль при формировании тканей и органов в процессе эмбрионального развития. In vivo (в живых организмах) благодаря сложным процессам самоорганизации клеток и внеклеточного матрикса — вещества, в которое погружены клетки, — складки воспроизводятся с высокой точностью. Однако биоинженерам до сих пор не удавалось контролировать этот процесс и воспроизводить его in vitro (в пробирке): масштаб и форма складок сильно варьируют от одного искусственно выращенного органоида к другому.

Когда лист эпителиальной ткани образует складку, его стороны испытывают противоположную деформацию: вогнутая сторона сжимается, а выпуклая, наоборот, растягивается. Оказалось, что в этих процессах активное участие принимает мезенхима — прилегающее к эпителию бесструктурное скопление подвижных клеток эмбриона. В процессе так называемой мезенхимальной конденсации они способны образовать скопления на границе эпителия и упорядочивать волокна внеклеточного матрикса. Образуются своеобразные «вспучивания», которые оказывают давление на лист эпителия и изгибают его. Характерный рисунок этих «вспучиваний», их взаимное расположение определяют итоговую форму складок.

Эти процессы наблюдались in vivo — при образовании перьевых луковиц в коже цыпленка и ворсинок в кишечнике мыши. Задачей нового исследования было смоделировать их in vitro и таким образом подтвердить представления о роли мезенхимы. Для этого использовалась технология ДНК-программируемого расположения клеток. К тонкому (250 микрон) слою матригеля, содержащего фибробласты эмбриона мыши, прикладывалась «ДНК-липучка», вызывающая образование скоплений клеток. Матригель моделировал мезенхиму, а скопления фибробластов — процесс конденсации.

Вначале исследователи тщательно изучали простейшие случаи: лазером в слое матригеля проводились тонкие разрезы, различно расположенные по отношению к центрам конденсации, и изучался рисунок получившихся напряжений. Оказалось, что структура полученных деформаций очень близка к тому, что наблюдалось in vivo. Полученные данные сравнивались с результатами моделирования на компьютере с помощью метода конечных элементов. Так проверялась адекватность теоретического понимания происходящих процессов.

Когда основные механизмы были достаточно хорошо поняты, наступил этап их применения, когда, как выразился один из ученых, «перспектива ограничена только нашим воображением». Используя все более сложные рисунки «ДНК-липучек», ученые научились складывать листы в удивительные трехмерные фигуры: спирали, катушки, шарики и кубики, а также создавать замысловатые узоры из складок и тому подобное. Причем получающиеся в эксперименте формы каждый раз хорошо совпадали с смоделированными на компьютере.

По утверждению авторов исследования, их результаты означают выход на новый уровень в инженерии тканей и будут использованы в будущем, например при выращивании искусственных органов.

Исследование опубликовано в журнале Developmental Cell.

О том, зачем биоинженеры создают химер свиней с человеческими клетками, читайте в материале «Чердака».

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы