Механизм формирования клеточных структур может помочь в инженерии органов

Биологи и инженеры-механики из Техасского университета в Далласе провели исследование клеток, которое может быть использовано для инженерии органов в будущем.

Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает механику формирования клеток, тканей и органов. Оно показало базовые механизмы того, как группа бактериальных клеток формирует крупные трёхмерные структуры.

«Если вы хотите создать организм, геометрия самоорганизации группы клеток имеет решающее значение», — сказал д-р Хунбин Лу, профессор машиностроения и соавтор исследования. — «Мы обнаружили, что гибель клеток приводит к образованию складок, и чем жёстче клетка, тем меньше складок».

Формирование органов — результат объединения отдельных клеток. Совокупность клеток и их среды образует тонкий слой, известный как биоплёнка. Эти биоплёнки формируют трёхмерные узоры из складок.

Старший автор д-р Гюроль Сюэль и его коллеги заметили мёртвые клетки под узором складок. Они объединились с Лу, чтобы выяснить, что возникает первым — гибель клеток или складкообразование. Лу является экспертом в наномеханике — измерении сил, действующих на малые объекты.

Они обнаружили, что одновременная гибель групп клеток внутри биоплёнки приводит к образованию складок. Также было установлено, что жёсткость биоплёнки влияет на формирование складок. Это важно, так как закладывает основу для первой теории о построении структуры в тканях и органах, учитывающей как биологические, так и механические силы.

«Существуют способы контролировать, будет ли биоплёнка мягкой или жёсткой, и тогда вы контролируете складкообразование и конечную структуру, в которую превращаются клетки», — пояснил Лу.

Затем исследователи контролировали место гибели клеток и смогли создать искусственные узоры складок, подтвердив свои выводы.

Все исследования проводились на бактериях Bacillus subtilis.

«Bacillus subtilis имеет много аспектов, сходных с другими клетками», — отметил Лу. — «Если мы поймём, как этот процесс работает у бактерий, это может открыть дверь к более высоким формам жизни».

Следующим шагом, по словам Лу, станет создание более организованных 3D-структур с использованием более высоких форм жизни.