Простой срез пальца приводит в движение сложную серию взаимодействий между типами клеток. В частности, два типа клеток, называемые макрофагами и фибробластами, работают вместе, чтобы очищать и восстанавливать волокна, разрушенные порезом.
При этом они влияют друг на друга, они влияют на микроскопическую среду вокруг себя, и на них влияет эта реакция - все в тихом стремлении залечить рану.
Но мало что известно об этих средах и о том, как макрофаги и фибробласты помогают или подавляют друг друга, когда они двигаются через волокнистую и взаимосвязанную тканевую среду. Исследователи из Технологического института Вирджинии недавно опубликовали исследование, в котором описаны ранее неизвестные связи и влияния между этими клетками и их окружением. Это достижение может помочь в разработке биомедицинских устройств, более эффективно реагирующих на раны или опухоли.
«Важным аспектом нашего исследования является то, что оно действительно иллюстрирует, насколько сложны все эти различные компоненты, происходящие внутри тела человека», - сказал Эндрю Форд, доктор философии. студент химического факультета и первый автор статьи.
Понимание, полученное в результате исследования, может помочь в разработке биомедицинских решений для борьбы с опухолями или более быстрого лечения ран путем манипулирования средой макрофагов и фибробластов.
Хотя приложения уже изучаются с использованием этих идей, недавно опубликованное исследование обеспечивает проверку в дополнение к более близкому изучению взаимодействий между клетками и переменными их среды.
Макрофаги и фибробласты существуют в соединительной ткани человека, которая находится под внешним слоем кожи. Эта соединительная ткань образует пространство, внеклеточный матрикс, который обеспечивает структурную поддержку других тканей организма.
Внутри этой матрицы существуют фибробласты, секретирующие белки, которые создают и восстанавливают соединительную ткань или разрушают матрицы, помогая растворять белки и обеспечивать движение. Макрофаги, однако, склонны атаковать материал, который является чужеродным или находится не в том месте.
Работая вместе, фибробласты образуют длинные трехмерные туннели, которые затем используются макрофагами для движения.
В случае ранения или пореза пальца макрофаги активизируются и переходят в наступление, поглощая вытесненные из пореза ткани. Тем временем фибробласты быстро выделяют белок и восстанавливают поврежденную область.
В отсутствие фибробластов исследователи обнаружили, что макрофаги не могли двигаться, когда волокнистая среда была очень плотно связана. Работая в относительно более рыхлых волокнах, фибробласты выравнивали волокна таким образом, что создавали следы, по которым следовали макрофаги.
«Это исследование дает фундаментальное понимание того, как эти два типа клеток взаимодействуют друг с другом, чтобы двигаться во взаимосвязанной тканевой структуре», - сказала Падма Раджагопалан, профессор химической инженерии Роберта Э. Хорда-младшего и программный директор Междисциплинарного Программа последипломного образования по вычислительной инженерии тканей.
Фибробласты использовали химические и механические процессы для формирования туннелей и выравнивания волокон. В своем исследовании исследователи показали, что химические процессы могли играть более важную роль в формировании туннелей, чем механические процессы.
Обе клетки работали вместе, чтобы убрать мусор, образовавшийся в результате образования туннеля, демонстрируя координацию между этими двумя клетками, когда они двигаются в тканеподобной структуре. Вместе две клетки, руководствуясь условиями внеклеточного матрикса, в которых они существуют, могут либо помогать, либо подавлять друг друга.
«Это целый каскадный цикл», - сказал Форд.
Воздействие на окружающую среду вокруг этих клеток может привести к прорыву в лечении ран и опухолей, особенно опухолей в тканях легких и молочной железы, которые больше всего напоминают состояние волокон в экспериментальной установке.
Форд и его коллега София Орбах, доктор философии. студент химического машиностроения, завершил это исследование в лаборатории Раджагопалана и под его руководством.
Исследование финансировалось Национальным научным фондом при дополнительной поддержке Технического института критических технологий и прикладных наук штата Вирджиния.