Учёные выяснили, как кишечный эпителий складывается в складки и обновляется, измерив клеточные силы

Международная команда под руководством Ксавьера Трепата из IBEC измерила клеточные силы в мини-кишечниках, выращенных в лаборатории, и расшифровала, как внутренняя стенка этого жизненно важного органа образует складки и обновляется. Исследование, опубликованное в Nature Cell Biology, открывает путь к лучшему пониманию основ таких заболеваний, как целиакия или рак, и к поиску новых методов лечения.

Внутренняя поверхность человеческого кишечника площадью более 40 м² имеет множество складок для увеличения всасывания питательных веществ. Кишечник постоянно обновляется: примерно каждые 5 дней все клетки его внутренних стенок заменяются новыми. Этот процесс возможен благодаря стволовым клеткам, защищённым в кишечных криптах, которые дают начало новым дифференцированным клеткам. Однако механизмы, приводящие к вогнутой форме крипт и миграции новых клеток к вершинам складок, были неизвестны.

Команда учёных из IBEC, IRB, UB, UPC и Института Кюри в Париже расшифровала эти механизмы, комбинируя компьютерное моделирование с экспериментами на кишечных органоидах из клеток мыши. Исследование показало, что процесс определяется механическими силами, создаваемыми самими клетками. Важную поддержку работе оказал фонд "la Caixa".

Силы определяют и контролируют форму кишечника и движение клеток

Используя стволовые клетки мыши, методы биоинженерии и механобиологии, исследователи создали мини-кишечники (органоиды), воспроизводящие трёхмерную структуру "вершин и долин". С помощью разработанных группой технологий микроскопии впервые были получены 3D-карты сил, действующих в каждой клетке.

Учёные установили, что движение новых клеток к вершине контролируется механическими силами, создаваемыми цитоскелетом клеток.

"Вопреки прежним представлениям, мы определили, что не клетки крипты выталкивают новые клетки вверх, а клетки на вершине тянут их на себя, подобно альпинисту, помогающему другому", — объясняет Херардо Сеада из IBEC.

"Мы обнаружили, что крипта вогнута, потому что у клеток больше напряжение на верхней поверхности, чем на нижней. Это заставляет их принимать коническую форму. Когда это происходит в нескольких соседних клетках, ткань складывается, образуя паттерн вершин и долин", — добавляет Карлос Перес-Гонсалес из IBEC и Института Кюри.

Новая модель мини-кишечника позволит изучать такие заболевания, как рак, целиакия или колит, в воспроизводимых условиях, когда наблюдается неконтролируемое размножение стволовых клеток или разрушение складок. Кроме того, кишечные органоиды можно создавать из человеческих клеток для разработки новых лекарств или изучения микробиоты.