Zespół badawczy POSTECH odtworzył biologiczne zmarszczki in vitro, ujawniając, że odwodnienie ECM i siły ściskające mają kluczowe znaczenie w powstawaniu zmarszczek. Platforma ta oferuje obrazowanie w czasie rzeczywistym i szerokie zastosowanie w badaniach biomedycznych i kosmetycznych.
Zespół badawczy z Wydziału Inżynierii Mechanicznej POSTECH, kierowany przez profesor Dong Sung Kim, profesor Annę Lee i dr Jaeseung Youn, z powodzeniem odtworzył strukturę zmarszczek w tkance biologicznej in vitro, rzucając światło na mechanizmy odpowiedzialne za ich powstawanie. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza 19 sierpnia.
Chociaż zmarszczki są często kojarzone ze starzeniem się skóry, wiele narządów i tkanek, w tym mózg, żołądek i jelita, również ma wyraźny wzór zmarszczek. Struktury te odgrywają kluczową rolę w regulacji stanu i różnicowania komórek, przyczyniając się do fizjologicznych funkcji każdego narządu. Zrozumienie, w jaki sposób tkanki biologiczne zwijają się i tworzą zmarszczki, jest niezbędne do zrozumienia złożoności organizmów żywych, wykraczającej poza kwestie kosmetyczne. Wiedza ta może mieć kluczowe znaczenie dla postępu badań w takich dziedzinach, jak starzenie się skóry, terapie regeneracyjne i embriologia.
Wyzwania w badaniach nad powstawaniem zmarszczek
Pomimo znaczenia biologicznych struktur zmarszczek, wiele badań w tej dziedzinie opierało się na modelach zwierzęcych, w tym muszkach owocowych, myszach i kurczakach, ze względu na ograniczenia w odtwarzaniu powstawania zmarszczek in vitro. W rezultacie szczegółowe procesy powstawania zmarszczek w żywej tkance pozostają w dużej mierze nieznane.
Zespół profesora Dong Sung Kima zajął się tym ograniczeniem, opracowując model tkanki nabłonkowej składający się wyłącznie z ludzkich komórek nabłonkowych i macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM). Łącząc ten model z urządzeniem zdolnym do przykładania precyzyjnych sił ściskających, z powodzeniem odtworzyli i zaobserwowali in vitro struktury zmarszczek, które zwykle obserwuje się w jelitach, skórze i innych tkankach in vivo. Ten przełom umożliwił im po raz pierwszy odtworzenie zarówno hierarchicznej deformacji pojedynczej głębokiej zmarszczki spowodowanej dużą siłą ściskającą, jak i powstawania wielu małych zmarszczek pod wpływem lżejszego ucisku.
Kluczowe czynniki powstawania zmarszczek
Zespół odkrył również, że czynniki takie jak porowata struktura podstawowej macierzy zewnątrzkomórkowej, odwodnienie i siła ściskająca wywierana na warstwę nabłonkową mają kluczowe znaczenie w procesie powstawania zmarszczek. Ich eksperymenty wykazały, że siły ściskające deformujące warstwę komórek nabłonkowych powodują niestabilność mechaniczną w warstwie ECM, co skutkuje powstawaniem zmarszczek. Dodatkowo odkryli, że odwodnienie warstwy ECM było kluczowym czynnikiem w procesie powstawania zmarszczek. Obserwacje te ściśle odzwierciedlają efekty obserwowane w starzejącej się skórze, gdzie odwodnienie podstawowej warstwy tkanki prowadzi do rozwoju zmarszczek, zapewniając mechanobiologiczny model pozwalający zrozumieć powstawanie zmarszczek.
Profesor Dong Sung Kim wyraził znaczenie badań, mówiąc: „Opracowaliśmy platformę, która może odtworzyć różne struktury zmarszczek w żywej tkance bez konieczności przeprowadzania testów na zwierzętach”. Dodał: „Ta platforma umożliwia obrazowanie w czasie rzeczywistym i szczegółową obserwację powstawania zmarszczek na poziomie komórkowym i tkankowym, czyli procesów, które trudno uchwycić w tradycyjnych modelach zwierzęcych. Ma szerokie zastosowanie w takich dziedzinach, jak embriologia, inżynieria biomedyczna, kosmetyki i nie tylko.
Odniesienie: „Zmarszczki nabłonka in vitro w skali tkanki i przejście zmarszczek do fałd” autorstwa Jaeseung Youn, Dohui Kim, Hyunsu Kwak, Anna Lee i Dong Sung Kim, 19 sierpnia 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51437-z
Badania przeprowadzono przy wsparciu programu badawczego Mid-Career Research Program Koreańskiej Narodowej Fundacji Badawczej oraz Ministerstwa Nauki i ICT, a także projektu Alchemist Ministerstwa Handlu, Przemysłu i Energii.
