Cercetătorii de la Dresda și Viena dezvăluie o legătură între conectivitatea structurilor tridimensionale din țesuturi și apariția arhitecturii lor pentru a ajuta oamenii de știință să creeze țesuturi auto-organizate care imită organele umane.
Organele din corpul uman au rețele complexe de tuburi și bucle umplute cu lichid. Ele vin în forme diferite și structurile lor tridimensionale sunt conectate diferit între ele, în funcție de organ.
În timpul dezvoltării unui embrion, organele își dezvoltă forma și arhitectura țesuturilor dintr-un grup simplu de celule. Din cauza lipsei de concepte și instrumente, este dificil să înțelegem cum forma și rețeaua complexă de țesuturi apar în timpul dezvoltării organelor.
Modelele pentru dezvoltarea organelor au fost acum definite pentru prima dată de oamenii de știință de la Institutul Max Planck de Biologie și Genetică Moleculară Celulară (MPI-CBG) și MPI pentru Fizica Sistemelor Complexe (MPI-PKS), ambele din Dresda, precum și Institutul de Cercetare de Patologie Moleculară (IMP) din Viena.
În studiul lor, echipa internațională de cercetători oferă instrumentele necesare pentru a transforma domeniul organoizilor (organe miniaturale) într-o disciplină inginerească pentru a dezvolta sisteme model pentru dezvoltarea umană.
Interacțiunea colectivă a celulelor duce la formarea unui organism în timpul dezvoltării. Diferitele organe prezintă diverse geometrii și structuri tridimensionale conectate diferit care determină funcția tuburilor și buclelor umplute cu fluid în organe. Un exemplu este arhitectura de rețea ramificată a rinichiului, care susține filtrarea eficientă a sângelui.
Observarea dezvoltării embrionare într-un sistem viu este dificilă, motiv pentru care există atât de puține concepte care descriu modul în care se dezvoltă rețelele de tuburi și bucle umplute cu lichid.
În timp ce studiile anterioare au arătat cum mecanica celulară induce modificări locale de formă în timpul dezvoltării unui organism, nu este clar cum apare conectivitatea țesuturilor.
Combinând imagistica și teoria, cercetătorul Keisuke Ishihara a început să lucreze la această întrebare mai întâi în grupul lui Jan Brugues de la MPI-CBG și MPI-PKS, ulterior și-a continuat munca în grupul lui Elly Tanaka de la IMP.
Împreună cu colegul său Arghyadip Mukherjee, fost cercetător în grupul lui Frank Jülicher la MPI-PKS, și Jan Brugués, Keisuke a folosit organoizi derivaţi din celule stem embrionare de șoarece care formează o rețea complexă de epitelii, care aliniază organele și funcționează ca o barieră.
„Îmi amintesc și acum momentul emoționant în care am descoperit că niște organoizi s-au transformat în țesuturi cu mai mulți muguri care arătau ca un ciorchine de strugure. Descrierea schimbării arhitecturii tridimensionale în timpul dezvoltării s-a dovedit totuși a fi o provocare”, își amintește Keisuke.
„Am descoperit că acest sistem organoid generează structuri interne uimitoare cu multe bucle sau pasaje, asemănătoare cu o minge de jucărie cu găuri.” a adăugat el.
Studierea dezvoltării țesuturilor în organoizi are mai multe avantaje, acestea pot fi observate cu metode avansate de microscopie, făcând posibilă observarea schimbărilor dinamice adânc în interiorul țesutului. Ele pot fi generate în număr mare, iar mediul poate fi controlat pentru a influența dezvoltarea.
Cercetătorii au putut studia forma, numărul și conectivitatea epiteliului. Ei au urmărit modificările în structura internă a organoidelor de-a lungul timpului.
„Am descoperit că conectivitatea țesuturilor rezultă din două procese diferite: fie două epitelii separate, fie un singur epiteliu se auto-fuziona prin fuzionarea celor două capete ale sale și creând astfel o buclă în formă de gogoși.” a declarat Keisuke.
Cercetătorii sugerează, pe baza teoriei suprafețelor epiteliale că inflexibilitatea epiteliului este un parametru cheie care controlează fuziunea epitelială și la rândul său dezvoltarea conectivității ţesuturilor.
„Sperăm că descoperirile noastre vor duce la o viziune nouă asupra arhitecturilor complexe ale țesuturilor și a interacțiunii dintre formă și conectivitatea rețelei în dezvoltarea organelor. Cadrul nostru experimental și de analiză va ajuta comunitatea de organoide să caracterizeze și să creeze țesuturi auto-organizate care imită organele umane. Dezvăluind modul în care factorii celulari influențează dezvoltarea organelor, aceste rezultate pot fi utile și pentru biologii de celule de dezvoltare care sunt interesați de principiile organizaționale.” au concluzionat autorii studiului, Jan Brugues, Frank Jülicher și Elly Tanaka.
Articol de Răzvan Lupu
