«Плавление» тканей определяет развитие эмбриона

Биологи обнаружили, что во время роста зародыша рыбки данио-рерио скопления клеток меняют динамику, что напоминает фазовый переход между твердым и жидким состояниями. Именно этот феномен отвечает за то, что эмбрион вытягивается в длину. Результаты изложены в журнале Nature.

Клетки постоянно обмениваются сигналами, что позволяет им согласованно функционировать и образовывать единую ткань, а на стадии эмбриона также дает всем органам правильно развиться. Однако клетки также могут физически тянуть или толкать друг друга. Ученые уже показали, что лабораторные культуры могут вести себя подобно стеклу и претерпевать фазовый переход с более свободными движениями. Высказывались идеи, что подобные феномены могут влиять на патогенез некоторых заболеваний или распространение опухолей, но данных о живых организмах не было.

В новой работе исследователи описывают, как они наблюдали подобный переход в эмбрионе позвоночного — стандартного для биологии модельного организма — рыбки данио-рерио. Авторы сравнивают такой процесс с формованием стекла или работой 3D-принтера. «Если коротко, то мы показали фундаментальный физический механизм, который клетки используют на этапе эмбриона для формирования тканей в функциональные трехмерные конфигурации», — говорит руководитель коллектива авторов Отгер Кампас из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США).

Открытие стало возможным благодаря тому, что эмбрион данио-рерио прозрачный, прогрессу в микроскопии и разработанной авторами методике, с помощью которой можно определить величину сил, действующих на клетки. Также ученые в ходе работы добавляли в среду обитания данио-рерио капли ферромагнитной жидкости, которая под действием магнитного поля создавала дополнительное давление в отдельных частях тела. В результате они смогли выяснить, что напряжение на уровне клеток меняется быстро, на масштабе минуты, благодаря чему клетки могут перестраиваться, а ткань на растущем конце эмбриона — «плавиться».

«Превращение жидкости в твердое тело, которые мы наблюдали, называется в физике jamming-переход (от английского traffic jam — "затор"). Это общее явление, которое наблюдается в неупорядоченных системах, таких как пена, эмульсия и стекло, когда частицы сдавливают или охлаждают, — поясняет Кампас. — Данио-рерио, как и другие позвоночные, начинают жизнь с бесформенного сгустка клеток, который нужно преобразовать и вытянуть для того, чтобы придать телу форму. Физика этого процесса реорганизации оставалась загадкой. Мы показали, что клетки ведут себя подобно пене, которая сжималась в процессе развития для сохранения необходимой ткани архитектуры».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.