Οι επιστήμονες παρέχουν μετρήσεις για την ανάπτυξη οργάνων

Τα όργανα στο ανθρώπινο σώμα έχουν πολύπλοκα δίκτυα σωλήνων και δακτυλίων γεμάτα με υγρό. Έρχονται σε διαφορετικά σχήματα και οι τρισδιάστατες δομές τους συνδέονται μεταξύ τους διαφορετικά ανάλογα με το όργανο. Κατά την ανάπτυξη ενός εμβρύου, τα όργανα αναπτύσσουν το σχήμα και την αρχιτεκτονική των ιστών τους από ένα απλό σύνολο κυττάρων. Λόγω της έλλειψης εννοιών και εργαλείων, είναι δύσκολο να κατανοήσουμε πώς το σχήμα και ο περίπλοκος ιστός αναδύονται κατά την ανάπτυξη των οργάνων. Τα κριτήρια για την ανάπτυξη οργάνων ορίστηκαν για πρώτη φορά από επιστήμονες από το Ινστιτούτο Max Planck για τη Μοριακή Βιολογία και τη Γενετική Κυττάρων (MPI-CBG) και το MPI για τα σύνθετα συστήματα φυσικής (MPI-PKS), τόσο στη Δρέσδη: ταυτοποιήθηκαν: καθώς και Ερευνητικό Ινστιτούτο Μοριακής Παθολογίας (IMP) στη Βιέννη. Στο έργο της, η διεθνής ερευνητική ομάδα παρέχει τα απαραίτητα εργαλεία για τη μετατροπή του πεδίου των οργανοειδών – μικροσκοπικών οργάνων – σε μια πειθαρχία μηχανικής για την ανάπτυξη συστημάτων μοντέλων για την ανθρώπινη ανάπτυξη.

Η κοινή αλληλεπίδραση των κυττάρων οδηγεί στη διαμόρφωση ενός οργανισμού κατά την ανάπτυξη. Διαφορετικά όργανα έχουν διάφορες γεωμετρίες και διαφορετικά συνδεδεμένες τρισδιάστατες δομές που καθορίζουν τη λειτουργία των γεμισμένων με υγρό σωλήνων και δακτυλίων στα όργανα. Ένα παράδειγμα είναι η αρχιτεκτονική διακλαδισμένου δικτύου του νεφρού, η οποία προωθεί το αποτελεσματικό φιλτράρισμα του αίματος. Η εμβρυϊκή ανάπτυξη είναι δύσκολο να παρατηρηθεί σε ένα ζωντανό σύστημα, επομένως υπάρχουν λίγες έννοιες που εξηγούν πώς αναπτύσσονται δίκτυα σωλήνων και δακτυλίων γεμάτους με υγρό. Ενώ προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει πώς η κυτταρική μηχανική προκαλεί αλλαγές στο τοπικό σχήμα κατά την ανάπτυξη ενός οργανισμού, δεν είναι σαφές πώς προκύπτει η συνδεσιμότητα μεταξύ των ιστών. Συνδυάζοντας την απεικόνιση και τη θεωρία, ο ερευνητής Keisuke Ishihara άρχισε να εργάζεται για πρώτη φορά πάνω σε αυτό το ερώτημα στην ομάδα Jan Brugues στο MPI-CBG και στο MPI-PKS. Στη συνέχεια συνέχισε τη δουλειά του στην ομάδα της Έλλης Τανάκα στο IMP. Μαζί με τους συναδέλφους Arghyadip Mukherjee και Jan Brugués, πρώην ερευνητές στην ομάδα του Frank Jülicher στο MPI-PKS, ο Keisuke χρησιμοποίησε οργανοειδή που προέρχονται από εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα ποντικού, τα οποία σχηματίζουν ένα περίπλοκο επιθηλιακό δίκτυο που περιβάλλει τα όργανα και λειτουργεί ως φραγμός. .

Θυμάμαι ακόμα εκείνη τη συναρπαστική στιγμή όταν έμαθα ότι ορισμένα οργανοειδή είχαν αναπτυχθεί σε ιστούς με πολλά μπουμπούκια που μοιάζουν με τσαμπιά σταφυλιών. Αποδείχθηκε ότι ήταν δύσκολο να περιγραφεί η αλλαγή στην τρισδιάστατη αρχιτεκτονική κατά την ανάπτυξη. Βρήκα ότι αυτό το οργανοειδές σύστημα παράγει εκπληκτικές εσωτερικές δομές που μοιάζουν με μια μπάλα παιχνιδιού με τρύπες, που περιέχει πολλές θηλιές ή περάσματα».

Keisuke Ishihara, Ερευνητής

Η μελέτη της ανάπτυξης των ιστών σε οργανοειδή έχει πολλά πλεονεκτήματα: μπορούν να παρατηρηθούν με προηγμένες μεθόδους μικροσκοπίας, καθιστώντας δυνατή την εμφάνιση δυναμικών αλλαγών βαθιά μέσα στον ιστό. Μπορούν να παραχθούν σε μεγάλους αριθμούς και το περιβάλλον μπορεί να ελεγχθεί για να επηρεάσει την ανάπτυξη. Οι ερευνητές μπόρεσαν να εξετάσουν το σχήμα, τον αριθμό και τη συνδεσιμότητα του επιθηλίου. Παρακολούθησαν αλλαγές στην εσωτερική δομή των οργανοειδών με την πάροδο του χρόνου. Ο Keisuke συνεχίζει, «Ανακαλύψαμε ότι η συνδεσιμότητα των ιστών προκύπτει από δύο διακριτές διαδικασίες: είτε δύο ξεχωριστές επιθηλιακές συντήξεις είτε ένα μεμονωμένο επιθήλιο αυτοσυντηγόμενο ενώνοντας τα δύο άκρα του, σχηματίζοντας έτσι έναν δακτυλιοειδή δακτύλιο. Με βάση τη θεωρία των επιθηλιακών επιφανειών, οι ερευνητές προτείνουν ότι η ελαστικότητα του επιθηλίου είναι μια σημαντική παράμετρος που ελέγχει τη σύντηξη του επιθηλίου και συνεπώς την ανάπτυξη της συνδεσιμότητας των ιστών.

Οι επιβλέποντες της μελέτης Jan Brugues, Frank Jülicher και Elly Tanaka καταλήγουν: “Ελπίζουμε ότι τα ευρήματά μας θα παρέχουν νέα εικόνα για πολύπλοκες αρχιτεκτονικές ιστών και την αλληλεπίδραση μεταξύ σχήματος και συνδεσιμότητας δικτύου στην ανάπτυξη οργάνων. Το πειραματικό και αναλυτικό μας πλαίσιο είναι οι αυτοοργανωμένοι ιστοί του οργανοειδή κοινότητα που μιμείται ανθρώπινα όργανα.” “Αυτά τα αποτελέσματα, τα οποία αποκαλύπτουν πώς οι κυτταρικοί παράγοντες επηρεάζουν την ανάπτυξη των οργάνων, μπορεί επίσης να είναι χρήσιμα σε βιολόγους αναπτυξιακών κυττάρων που ενδιαφέρονται για οργανωτικές αρχές.”

Πηγή:

Ινστιτούτο Max Planck για τη Μοριακή Κυτταρική Βιολογία και Γενετική (MPI-CBG)

Αναφορά περιοδικού:

Ishihara, Κ., et al. (2022) Τοπολογική μορφογένεση νευροεπιθηλιακών οργανοειδών. Φυσική της Φύσης. doi.org/10.1038/s41567-022-01822-6.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *