Органоиды – это трехмерные системы, моделирующие различные органы человека. Выращенные в лаборатории, они обладают свойствами, аналогичными свойствам реальных тканей тела.
Органоиды предлагают науке новые возможности для моделирования и исследования процессов роста органов. Эти процессы нельзя было наблюдать в использовавшихся ранее упрощенных двумерных модельных системах.
Используя органоиды молочной железы для анализа сложных взаимодействий клеток с окружающей тканью, ученые из Технического университета Мюнхена, Центра им. Гельмгольца в Мюнхене и Рурского университета в Бохуме показали, что рост ткани железы в груди человека напрямую зависит от по механическим свойствам окружающей коллагеновой сети.
Интегрированный процесс динамического развития
Органоиды, выращенные командой, образуют разветвленные железистые протоки, структура и организация которых очень напоминают молочную железу человека.
В процессе роста отдельные ветви органоида проникают в окружающую коллагеновую матрицу.
"Начиная с одной стволовой клетки, всего за 14 дней эти органоиды образуют сложную разветвленную трехмерную структуру, состоящую из нескольких тысяч клеток. Это просто потрясающе », – говорит Андреас Бауш, профессор клеточной биофизики Мюнхенского технического университета и руководитель исследовательской группы.
Исследовательская группа использовала микроскопию с временным разрешением на растущих структурах в течение нескольких дней и успешно отслеживала процесс динамического развития в деталях.
Они обнаружили, что рост органоидов в значительной степени диктуется коллективными движениями клеток.
Расширяясь в направлении движения, а затем снова сжимаясь, клетки генерируют настолько сильные силы, что деформируют окружающую коллагеновую матрицу, позволяя органоиду независимо организовывать направление своего собственного дальнейшего роста.
Стабильная коллагеновая «клетка»
«Это стало возможным благодаря механической пластичности коллагена», – говорит Бенедикт Бухманн, ведущий автор исследования исследовательской группы. "Когда отдельные клетки движутся вперед и назад вместе, они создают такое напряжение, что клетки ветви могут деформировать коллагеновую матрицу."
Общий процесс приводит к образованию механически стабильной коллагеновой «клетки», которая в конечном итоге окружает растущую ветвь. Эта коллагеновая клетка затем контролирует дальнейшее создание напряжения, рост ветвей и пластическую деформацию матрицы.
Эти результаты обеспечивают основу для использования этой модельной системы для исследования более сложных процессов, таких как первые шаги в метастазировании или взаимное взаимодействие с другими типами клеток. В настоящее время проводятся интенсивные исследования, чтобы определить, встречается ли этот механизм самоорганизации и в других органах.