Многие из сложных складчатых форм, образующих ткани млекопитающих, можно воссоздать с помощью очень простых инструкций, сообщают биоинженеры Калифорнийского университета в Сан-Франциско 28 декабря в журнале Developmental Cell. Путем моделирования механически активных клеток мыши или человека с тонкими слоями волокон внеклеточного матрикса исследователи могли создавать чаши, спирали и рябь из живой ткани. Клетки механически сотрудничали через паутину этих волокон, складываясь предсказуемым образом, имитируя естественные процессы развития.
«Разработка начинает становиться холстом для инженеров, и, разбивая сложность разработки на более простые инженерные принципы, ученые начинают лучше понимать и, в конечном итоге, контролировать фундаментальную биологию», - говорит старший автор Зев Гартнер., часть Центра сотового строительства Калифорнийского университета в Сан-Франциско. «В этом случае присущая механически активным клеткам способность способствовать изменению формы ткани является фантастической основой для создания сложных и функциональных синтетических тканей».
Лаборатории уже используют 3D-печать или микроформование для создания 3D-форм для тканевой инженерии, но конечный продукт часто пропускает ключевые структурные особенности тканей, которые растут в соответствии с программами развития. В подходе лаборатории Gartner используется технология точного трехмерного построения клеточных паттернов, называемая запрограммированной ДНК сборкой клеток (DPAC), для создания исходного пространственного шаблона ткани, которая затем складывается в сложные формы таким образом, чтобы воспроизвести иерархическую сборку тканей во время развития..
«Мы начинаем понимать, что можно разложить естественные процессы развития на инженерные принципы, которые мы затем можем использовать для создания и понимания тканей», - говорит первый автор Алекс Хьюз, научный сотрудник Калифорнийского университета в Сан-Франциско. «Это совершенно новый взгляд на тканевую инженерию».
«Меня поразило, насколько хорошо работает эта идея и насколько просто ведут себя клетки», - говорит Гартнер. «Эта идея показала нам, что, когда мы раскрываем надежные принципы разработки дизайна, то, что мы можем сделать с ними с инженерной точки зрения, ограничено только нашим воображением. наши простые модели предсказывали."
Гартнеру и его команде теперь любопытно узнать, смогут ли они соединить программу развития, контролирующую свертывание ткани, с другими, контролирующими формирование паттерна ткани. Они также надеются начать понимать, как клетки дифференцируются в ответ на механические изменения, происходящие во время складывания тканей in vivo, черпая вдохновение из конкретных стадий развития эмбриона.