Cercetătorii dezvoltă un model pentru a recrea formarea ridurilor în țesutul uman, descoperind mecanisme cheie

Echipa de cercetare de la Departamentul de Inginerie Mecanică al POSTECH, condusă de Profesorul Dong Sung Kim, Profesorul Anna Lee și Dr. Jaeseung Youn, a reușit să recreeze structurile de riduri în țesuturi biologice in vitro, dezvăluind mecanismele din spatele formării acestora. Descoperirile lor publicate în jurnalul internațional Nature Communications aduc noi perspective asupra înțelegerii formării ridurilor biologice, care sunt importante nu doar pentru îmbătrânirea pielii, ci și pentru funcțiile fiziologice ale diferitelor organe, cum ar fi creierul, stomacul și intestinele.
Țesuturile epiteliale, formate dintr-un strat epitelial și un țesut conjunctiv subiacent bogat în matrice extracelulară (ECM), prezintă adesea structuri curbate unice prin plierea epitelială indusă de forțele compresive. Această pliere este esențială pentru dezvoltarea, funcționarea, homeostazia și patologiile țesuturilor epiteliale, incluzând formarea vililor intestinali și patologii precum intususcepția și boala celiacă. În plus, degradarea componentelor matricei extracelulare, cum ar fi colagenul și elastina, facilitează plierea țesuturilor epiteliale ale pielii. Plierea epitelială joacă un rol crucial în tranziții cheie ale dezvoltării embrionare, precum gastrulația și neurulația, subliniind rolul său în succesul general al dezvoltării.

Modelele in vitro ale pliilor epiteliali oferă posibilitatea observării rapide sau în timp real a plierii epiteliale. Aceste modele folosesc adesea polimeri elastici sintetici sau hidrogeluri robuste pentru a recrea structurile biomimetice de pliere în răspuns la forțe compresive externe. Un nou sistem inovator a permis explorarea naturii pliilor epiteliali independent de substrat, facilitând astfel examinarea izolată a influențelor fiecărui strat epitelial sau țesut conjunctiv asupra plierii epiteliale.

Studiul a reconstruit un model de pliere a țesutului epitelial bazat pe un dublu strat epitelial in vitro compus din epiteliu și un hidrogel ECM care imită compoziția și configurația țesutului epitelial in vivo. Acest model a permis examinarea evenimentelor de pliere multifactoriale și biomecanice în timp real. Tipurile de pliere, cu structuri distincte cum ar fi multiple riduri periodice și un singur pliu profund, au fost realizate cu succes în modelul de țesut epitelial in vitro prin aplicarea compresiei uniaxiale.

Rezultate și implicații

Dublul strat epitelial a arătat că plierea și tranzitia de la riduri la pliuri sunt determinate în principal de tensiunea compresivă. Studiul a observat schimbarea în timp real a suprafeței epiteliale de la o suprafață plată la una încrețită, unde modelele de riduri au apărut pe suprafață și au devenit mai dense cu creșterea tensiunii compresive. Aceste descoperiri sugerează că celulele epiteliale și hidrogelul ECM din dublu strat sunt esențiale în formarea ridurilor și pliurilor în răspuns la compresie.

Concluzii

Modelul dublu strat epitelial in vitro oferă o platformă valoroasă pentru cercetarea biologiei dezvoltării și a ingineriei țesuturilor, simulând procesele de pliere ale țesuturilor epiteliale in vivo. Studiul demonstrează că plierea și tranzitia de la riduri la pliuri în țesuturile epiteliale pot fi analizate prin variațiile modulilor de rigiditate ale epitelului și hidrogelului ECM în răspuns la compresie. Aceste descoperiri pot influența înțelegerea mecanismelor de bază ale plierii țesuturilor epiteliale și aplicarea acestora în biologie, fiziologie și inginerie tisulară.

sursa: Science Daily
foto: Epiteliu ridat. Pohang University of Science & Technology (POSTECH)