Исследовательская группа, состоящая из профессора Дон Сунг Кима, профессора Анны Ли и Джэсунг Юна с кафедры машиностроения POSTECH, успешно воссоздала структуру морщин в биологической ткани in vitro, раскрыв механизмы их образования. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
Хотя морщины часто связаны со старением кожи, многие органы и ткани, включая мозг, желудок и кишечник, также имеют четкие узоры морщин. Эти структуры играют ключевую роль в регуляции клеточных состояний и дифференциации, способствуя физиологическим функциям каждого органа.
Понимание того, как биологические ткани складываются и образуют морщины, жизненно важно для понимания сложности живых организмов за пределами косметических проблем. Эти знания могут стать центральными для продвижения исследований в таких областях, как старение кожи, регенеративная терапия и эмбриология.
Несмотря на значимость биологических структур морщин, большая часть исследований в этой области опиралась на модели животных, включая плодовых мушек, мышей и кур, из-за ограничений в воспроизведении образования морщин in vitro. В результате подробные процессы, лежащие в основе образования морщин в живой ткани, остаются в значительной степени неизвестными.
Команда профессора Донг Сунг Кима обошла это ограничение, разработав модель эпителиальной ткани, состоящую исключительно из человеческих эпителиальных клеток и внеклеточного матрикса (ВКМ). Объединив эту модель с устройством, способным применять точные компрессионные силы, они успешно воссоздали и наблюдали in vitro структуры морщин, которые обычно наблюдаются в кишечнике, коже и других тканях in vivo.
Этот прорыв позволил им впервые воспроизвести как иерархическую деформацию одной глубокой морщины, вызванную сильной сжимающей силой, так и образование многочисленных мелких морщин при более легком сжатии.
Команда также обнаружила, что такие факторы, как пористая структура нижележащего ECM, дегидратация и сила сжатия, приложенная к эпителиальному слою, имеют решающее значение для процесса образования морщин. Их эксперименты показали, что силы сжатия, деформирующие слой эпителиальных клеток, вызывают механическую нестабильность внутри слоя ECM, что приводит к образованию морщин.
Кроме того, они обнаружили, что дегидратация слоя ECM является ключевым фактором в процессе образования морщин. Эти наблюдения точно отражают эффекты, наблюдаемые при старении кожи, где дегидратация нижележащего слоя ткани приводит к образованию морщин, предоставляя механобиологическую модель для понимания образования морщин.
«Мы разработали платформу, которая может воспроизводить различные структуры морщин в живой ткани без необходимости проведения испытаний на животных. Эта платформа позволяет получать изображения в реальном времени и подробно наблюдать за образованием морщин на клеточном и тканевом уровне, процессами, которые трудно уловить в традиционных моделях животных. Она имеет широкий спектр применения в таких областях, как эмбриология, биомедицинская инженерия, косметика и т. д.», - сказал профессор Донг Сунг Ким.
