Американские исследователи описали, как клетки растущего эмбриона обмениваются друг с другом механическими сигналами, чтобы согласованно начать формирование тканей. Для этого они формируют пенообразное состояние, постоянно притягивая и отталкивая друг друга. Результаты исследования позволят улучшить методы тканевой инженерии.
В процессе эмбриогенеза решение о формировании тканей не исходит от отдельных клеток. Это — коллективная задача, требующая от клеток постоянного общения друг с другом. Существуют различные способы коммуникации. На данный момент хорошо известно, как клетки общаются друг с другом при помощи биохимических сигналов, однако об использовании ими осязания до сих пор известно крайне мало.
Теперь ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США) описали в статье, опубликованной в журнале Nature Materials, как клетки эмбриона взаимодействуют со своим окружением, и какие механические параметры они при этом воспринимают. Именно это коллективное механическое восприятие помогает клеткам совместно принимать важные решения о движении, делении и даже превращении в специализированные клетки различных тканей.
Ранее осязание эмбриональных клеткок исследовалось на синтетических субстратах, которые не позволяли полностью воссоздать сложную трехмерную среду внутри растущего эмбриона. Ученые смогли преодолеть это ограничение. Сперва они исследовали, как клетки механически проверяют свое микроокружение в процессе построения оси тела. Оказалось, что для этого они закрепляются на различных выступах и пробуют отталкивать или тянуть на себя окружающую их среду.
Авторы смогли количественно оценить, насколько быстро и сильно клетки это делают. Для этого ученые использовали каплю ферромагнитного масла, которую они поместили между эмбриональными клетками и подвергли воздействию магнитного поля. Это позволило имитировать крошечные механические силы и измерить механическую реакцию окружения клеток.
Решающее значение в этом процессе имело коллективное физическое состояние клеток, которое ученые назвали «активная пена». По консистенции оно было похоже на мыльную или пивную пену, в которой клетки слипались вместе и тянули друг друга к себе. Именно так они обменивались информацией о коллективном состояние «активной пены», проверяли, насколько она жесткая и насколько ограничена.
Когда приходило время дифференцироваться, то есть превращаться в специализированные клетки тканей, «активная пена» исчезала. Результаты исследования крайне важны для тканевой инженерии. Дело в том, что материалы, имитирующие пенообразные характеристики эмбриональной ткани (в отличие от широко используемых синтетических полимерных или гелевых каркасов), могут позволить создать более прочные и сложные синтетические ткани, органы и имплантаты с нужной геометрией и механическими характеристиками.