q&more
Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

News

Wie kann man ein Auge herstellen?

Die grundlegenden Mechanismen der 3D-Gewebebildung

Skitterphoto; pixabay.com; CC0

Auge, Symbolbild

27.11.2018: Wenn Sie ein Organ bauen wollen, z.B. für die Transplantation, müssen Sie in 3D denken.

Mit Hilfe von Stammzellen können Wissenschaftler seit einiger Zeit Teile von Organen im Labor züchten, aber das ist weit davon entfernt, ein tatsächliches, vollwertiges, funktionsfähiges, dreidimensionales Organ zu bauen.

Für Studierende der Regenerativen Medizin und der Entwicklungsbiologie ist es daher ein heiß diskutiertes Thema, zu verstehen, wie sich Zellen biegen und bewegen, um Organe und Körpergewebe zu bilden.

Und jetzt hat ein Team des Institute for Frontier Life and Medical Sciences der Universität Kyoto ein neues Verständnis dafür entwickelt, wie mechanisch beanspruchte Zellen die sphärische Struktur des Auges erzeugen.

Das Team hat festgestellt, dass einzelne Zellen zusammen eine primordiale, becherartige Struktur bilden - eine "optische Schale" -, indem sie mechanische Kräfte wahrnehmen, die durch die Verformung des gesamten Gewebes entstehen.

"In der Vergangenheit ist es uns gelungen, die Optikbecher herzustellen, indem wir embryonale Stammzellen - ES - züchteten. Um eine Kugel zu bilden, muss das Gewebe zuerst aus dem primordialen Hirngewebe herausragen und dann nach innen gelangen", erklärt Erstautor Satoru Okuda.

"Aber wie sich einzelne Zellen wahrnahmen und modulierten, um diese Form zu bilden, war unklar."

Das Team entwickelte eine Computersimulation, die die Bildung dreidimensionaler Gewebestrukturen berechnet. Mit diesem Wissen und bisherigen experimentellen Daten konstruierten sie ein virtuelles Vorläuferauge und konnten die Physik der kugelbildenden Zellen vorhersagen.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass während der optischen Becherbildung ein Zelldifferenzierungsmuster erzeugt wird, das Zellen in die Becherform drückt und einen Teil der Zellen spontan in das Gewebe einfaltet. Diese durch die "Selbstbeugung" verursachte Kraft breitet sich in den Randbereich aus, in dem andere Zellen die Dehnung wahrnehmen.

"Die Kombination aus der Gewebedeformation und der Belastung an der Grenze der Optikpfanne erzeugt ein Scharnier, das die Biegezellen weiter antreibt", fährt Okuda fort und führt zu der becherartigen Struktur".

"Der nächste Schritt war, diese Vorhersage mit echten ES-Zellen zu überprüfen."

Unter Verwendung von Maus-ES-Zellen in der Kultur wandte das Team mechanische Belastungen an bestimmten Stellen an und war erfreut, die Kalziumreaktionen, das mechanische Feedback und die Zellformänderungen zu erkennen, die sie in den Simulationen vorhergesagt hatten.

Diese Ergebnisse zeigen eine neue Rolle für die mechanischen Kräfte bei der Organformung, die für die Bildung komplexer Gewebe, auch in einer Petrischale, entscheidend ist. Das Team wird diese Kräfte weiter untersuchen und versucht, den Bereich der regenerativen Medizin weiter voranzutreiben.

"Während unsere Forschung die Möglichkeit zeigt, die Formen von in vitro hergestellten Organen zu kontrollieren - unter Verwendung geeigneter mechanischer Stimulationen auf der Grundlage von Vorhersagen - sind die derzeitigen Techniken noch begrenzt", schließt der leitende Wissenschaftler Mototsugu Eiraku.

"Wir hoffen, die Vorhersagegenauigkeit unserer Simulationen zu verbessern und in Zukunft komplexere Gewebe und Organe wiederherzustellen."

Originalveröffentlichung:
Okuda, S. and Takata, N. and Hasegawa, Y. and Kawada, M. and Inoue, Y. and Adachi, T. and Sasai, Y. and Eiraku, M.; "Strain-triggered mechanical feedback in self-organizing optic-cup morphogenesis"; Science Advances; 2018

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Zellen
  • Gewebe
  • Organe
  • Stammzellen
  • regenerative Medizin
  • Zelldifferenzierung
  • Entwicklungsbiologie
  • Augen

Mehr über Kyoto University

  • News

    Ein elastischer Lufthauch

    Luftig, luftiger, Aerogel. Hohe Brüchigkeit limitierte bisher allerdings die praktische Anwendung dieser hauchzarten Feststoffe, die fast nur aus luftgefüllten Poren bestehen. Das könnte jetzt anders werden: Japanische Wissenschaftler stellen extrem elastische Aerogele vor, die sich gut bea ... mehr

    Ein neues 'Periodensystem' für Nanomaterialien

    Der Ansatz wurde von Daniel Packwood vom Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) der Universität Kyoto und Taro Hitosugi vom Tokyo Institute of Technology entwickelt. Dabei werden die chemischen Eigenschaften von Molekülen mit den durch ihre Wechselwirkung entstehenden Nanos ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von:

 

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.