除了化学因素外,机械影响在人体器官(如肾脏、肺和乳腺)的自然生长中也起着重要作用,而且在肿瘤的发展中也起着重要作用。现在,慕尼黑工业大学(TUM)的一个研究小组已经详细研究了这一过程,使用了在实验室中生产的类器官三维模型系统。
类器官是模拟各种人体器官的三维系统。在实验室中培养,它们表现出与实际身体组织相似的特性。类器官为科学模拟和研究器官生长过程提供了新的机会。这些过程在过去使用的简化二维模型系统中无法观察到。
利用乳腺类器官分析细胞与周围组织的复杂相互作用,慕尼黑工业大学、亥姆霍兹中心(Helmholtz centre mnchen)和Ruhr-Universit?t波鸿研究所的科学家们已经表明,人类乳房中腺体组织的生长明显受到周围胶原蛋白网络的机械特性的影响。
研究小组培育的类器官形成分支腺管,其结构和组织与人类乳腺非常相似。在生长过程中,单个类器官分支侵入周围的胶原基质。
研究小组在几天的时间里对生长结构使用了时间分辨显微镜,并成功地详细监测了动态发育过程。他们发现类器官的生长基本上是由细胞的集体运动决定的。
通过在运动方向上扩张然后再次收缩,细胞产生强大的力量,使周围的胶原蛋白基质变形,使类器官能够独立地组织自己进一步生长的方向。
该研究小组的主要作者贝内迪克特·布克曼说:“这是由于胶原蛋白的机械可塑性而成为可能的。”“当单个细胞集体来回移动时,它们会产生这样的张力,以至于分支细胞会使胶原蛋白基质变形。”
整个过程形成了一个机械稳定的胶原蛋白“笼子”,最终围绕着生长的树枝。然后,胶原蛋白笼控制张力的进一步产生、分支的生长和基质的塑性变形。
这些发现为使用该模型系统研究更复杂的过程提供了基础,例如转移的第一步或与其他细胞类型的相互作用。目前正在进行深入的研究,以确定这种自组织机制是否也发生在其他器官中。