Räägime limast.
Lima on kaitsev, limane eritis, mida toodavad karikakud ja mis vooderdab hingamis-, seede- ja reproduktiivsüsteemide organeid. Lima tootmine on tervise jaoks hädavajalik ja tasakaalustamatus võib olla eluohtlik. Patsiendid, kellel on sellised haigused nagu astma, krooniline obstruktiivne kopsuhaigus (KOK) ja haavandiline koliit, toodavad liiga palju lima, sageli pärast liiga paljude karikakrarakkude kasvatamist. Pokaalrakkude kadu võib olla sama laastav – näiteks vähi ajal, pärast nakatumist või vigastust. Lima tekke, koguse ja transpordi tasakaal on kriitilise tähtsusega, nii et arstid ja meditsiiniteadlased on pikka aega otsinud pokaalrakkude päritolu ning on innuk alt kontrollinud protsesse, mis neid taastavad ja tasakaalustatud populatsioone säilitavad.
Hiljuti avastas Pittsburghi ülikooli bioinseneride rühm pokaalrakkude uuenemise juhtumi, mis on kergesti ligipääsetav ja toimub uskumatult kiiresti varakult arenevatest konnaembrüotest eraldatud rakkudes. Nende leiud avaldati sel nädalal ajakirjas Nature Communications.
Lance Davidson, William Kepler Whitefordi bioinseneri professor Pittis, juhib Swansoni tehnikakooli MechMorpho laborit, kus tema teadlased uurivad mehaanika rolli inimese rakkudes ja Xenopuse embrüos – veekonnas, mis on kodumaise veekonna. Lõuna-Aafrika.
"Ksenopuse kullesel, nagu paljudel konnadel, on hingamisteede nahk, mis suudab vahetada hapnikku ja täita inimese kopsudega sarnaseid ülesandeid," selgitas Davidson."Nagu inimese kopsud, on ka Xenopuse hingamisteede naha pind limaskestaga epiteel, mis on pokaalrakkudest ja ripsmetest rakkudest moodustunud kude, mis kaitseb ka vastset patogeenide eest. Nende evolutsiooniliste sarnasuste tõttu kasutab meie rühm konnaembrüo organoide. uurige, kuidas koe mehaanika mõjutab rakkude kasvu ja kudede moodustumist."
Selle liigi uurimine on kiire ja kulutõhus viis biomehaanika geneetilise päritolu ja mehaaniliste näpunäidete avastamiseks mitte ainult konnaembrüos, vaid ka üldiselt. Kui arstid uurivad patsientidel vähki, võivad sellised muutused kesta nädalaid, kuid või isegi aastaid, kuid konnaembrüo puhul toimuvad muutused mõne tunni jooksul.
"Selles projektis võtsime varajasest embrüost välja mesenhümaalsete rakkude rühma ja moodustasime neist sfäärilise agregaadi ning viie tunni jooksul hakkasid need muutuma, " ütles Davidson. "Teadaolev alt diferentseeruvad need rakud erinevat tüüpi, kuid selle stsenaariumi korral avastasime, et nad muutusid väga dramaatiliselt rakutüübiks, milleks nad poleks muutunud, kui nad oleksid olnud embrüos."
Labor avastas üllatav alt regeneratsioonijuhtumi, mis taastab mesenhümaalsetest rakkudest limaskestade epiteeli. Nad tegid katse mitu korda, et kinnitada ootamatuid leide, ja hakkasid tähelepanelikult uurima, millised mikrokeskkonna näpunäited võivad viia rakud täiesti uut tüüpi.
"Meil on tööriistu rakkudes paikneva mehaanilise mikrokeskkonna moduleerimiseks ja meie üllatuseks avastasime, et kui muudame keskkonna jäigemaks, muutusid agregaadid nendeks epiteelirakkudeks," selgitas Davidson. "Kui me muutsime selle pehmemaks, suutsime takistada nende muutumist. See leid näitab, et mehaanika üksi võib rakkudes olulisi muutusi põhjustada ja see on märkimisväärne asi."
Davidsoni rühm on huvitatud sellest, kuidas mehaanika poolt mõjutatud rakud võivad haigusseisundeid mõjutada. Käesolevas artiklis üksikasjalikult kirjeldatud tulemused võivad tekitada uusi küsimusi vähibioloogias, ajendades teadlasi mõtlema, kas teatud tüüpi invasiivsed vähirakud võivad nende ümbruse jäikuse või pehmuse põhjal naasta puhkerakutüübiks.
"Neid tulemusi vähibioloogias rakendades võib küsida: "Kui kasvajad on ümbritsetud pehmete kudedega, kas nad muutuksid uinuvaks ja põhimõtteliselt mitteinvasiivseks?" Või: "Kui teil on need jäikades kudedes, kas nad tungiksid sisse ja muutuksid surmavaks?"" ütles Davidson. "Need on valdkonna peamised küsimused, millele biomehaanika võib aidata vastata. Paljud teadlased keskenduvad ainult keemilistele radadele, kuid me leiame ka haiguste mehaanilisi mõjutajaid."
Hye Young Kim, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) teadur ja endine MechMorpho Labi liige, jätkab seda tööd KAISTi alusteaduste instituudi veresoonkonnauuringute keskuses. Ta uurib, kuidas rakkude liikuvus regeneratsiooni käigus muutub ja kuidas epiteelirakud uue epiteeli kokku panevad. Davidson ja tema labor uurivad, kuidas mesenhümaalsed rakud tajuvad seda uudset mehaaniliste näpunäidete juhtumit ja kuidas need mehaanilised induktsioonirajad on integreeritud teadaolevate radadega, mis kontrollivad raku saatuse valikuid.
"Konnaembrüod ja organoidid annavad meile võrreldamatu juurdepääsu nende protsesside uurimiseks, palju suurema juurdepääsu kui inimorganite puhul," ütles ta. "Vanad ideed, et regeneratsiooni juhivad eranditult kasvufaktorite ja hormoonide hajutamine, annavad teed äratundmisele, et keskkonna füüsikaline mehaanika – näiteks kui keskkond on kummine või vedel – mängib sama olulist rolli."
