Ученые из Женевского университета (UNIGE) обнаружили, что, когда ткань изгибается, объем составляющих ее клеток увеличивается, а не уменьшается. Это открытие, о котором сообщается в журнале Developmental Cell, дает новые возможности для выращивания органов in vitro. Они позволят в какой-то степени сократить количество экспериментов на животных, передает пресс-служба UNIGE.
За то, как клетки распределяются в пространстве, чтобы придать форму и структуру нашим органам, отвечает морфогенез. Этот процесс запускается во время эмбрионального развития и объясняет, как, например, формируются складки нашего кишечника или альвеолы наших легких. Другими словами, его механизмы лежат в основе нашего развития и развития всех живых существ.
В новом исследовании команда UNIGE изучала, как клетки, из которых состоит ткань, реагируют и адаптируются, когда ткань сгибается. Свернув монослой клеток in vitro, который представляет собой компактный плоский «лист» клеток, расположенных рядом друг с другом, ученые сделали парадоксальное открытие. Они обнаружили, что объем клеток, расположенных на сгибе, увеличился примерно на 50% через пять минут вместо того, чтобы уменьшиться, и вернулся в обычное состояние в течение 30 минут. Это противоположно тому, что можно наблюдать при изгибе эластичного материала.
Изгибая «лист» клеток, похожий на тот, из которого состоит наша кожа, исследователи заметили, что клетки набухают, принимая форму небольших куполов. Объем клеток увеличивается благодаря сочетанию двух явлений: механическому и биологическому. Клетки развиваются в среде, состоящей из соленой воды. Полупроницаемая мембрана, отделяющая их от окружающей среды, пропускает воду, но не соль, оказывающую определенное давление на клетку. Чем больше концентрация соли снаружи — и, следовательно, чем выше так называемое осмотическое давление, — тем больше воды будет проходить через клеточную мембрану, увеличивая ее объем. Когда ткань изгибается, клетки реагируют так, как если бы осмотическое давление увеличивалось. Поэтому они поглощают больше воды – и набухают.
Понимая, как клетки реагируют на изгиб ткани, ученые смогут контролировать спонтанный рост органоидов in vitro и в результате получить желаемую форму и размер органа. Эти трехмерные многоклеточные структуры, разработанные для имитации микроанатомии органа и его функций, можно использовать в экспериментах вместо лабораторных животных. Кроме того, открытие может привести к разработке новых материалов, которые увеличиваются в объеме при складывании.
[Фото: AURÉLIEN ROUX]
