Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass unsere Bänder und Knochen nicht so wachsen, wie wir dachten

Neue Forschungen von Wissenschaftlern aus dem Nordosten stellen die lange verbreitete Annahme in Frage, dass das Bindegewebe, das uns mechanische Festigkeit verleiht, wie Sehnen, Bänder, Knochen und Haut, im menschlichen Körper durch das Zusammentreffen von Zellen entsteht.

Stattdessen wird unser Gewebe eher durch das Auseinanderziehen von Zellen gebildet, heißt es die Forschung heute veröffentlicht in Gegenstand.

Es wird seit langem angenommen, dass menschliche Zellen mithilfe von in unserer DNA kodierten Mustern Gewebe bilden und miteinander verbinden, sagt Jeff Ruberti, Professor für Bioingenieurwesen an der Northeastern University und Mitautor der Studie.

„Wir verstehen nicht wirklich, wie winzige Zellen, die mit Molekülen zusammenarbeiten, die viel kleiner sind als sie selbst, in der Lage sind, diese schönen, mechanisch effizienten Muster zu integrieren und zu etablieren, die im Laufe der Zeit zu uns werden“, sagt er. „Die Theorie besteht seit langem darin, dass die Zellen im Grunde genommen einzeln Gewebe ablagern oder ausdrucken, indem sie ein Muster oder einen Algorithmus verwenden.“

Aber das sei nur eine Theorie, erklärt er. Ruberti und drei Forscher, die in seinem Labor arbeiteten, haben dies nun in Frage gestellt und den Beweis erbracht, dass Kollagen, das Hauptprotein, das einen Großteil unseres Gewebes bildet, nicht von den Zellen vorgefertigt und positioniert wird, sondern vielmehr dadurch gebildet wird, dass sich unsere Zellen gemeinsam von ihnen trennen gegenseitig.

„Dieses Material neigt dazu, sich auf dem Weg der Kraft anzusammeln, wo es einen niedrigeren Energiezustand erreicht, aber einer hohen Zugbelastung ausgesetzt ist. Wir schlagen also vor, dass die Zellen und Ihr Körper zusammenarbeiten, um eine Struktur zu erzeugen, indem sie buchstäblich Spannungslinien erzeugen.“ welches Kollagen in eine Struktur präzipitiert. Kurz gesagt, die Kraft verursacht die Struktur, die dann der Kraft widersteht, die sie verursacht hat.“

Ruberti führte die Forschung mit Seyed Mohammad Siadat, einem Forschungswissenschaftler in seinem Labor, Alexandra Silverman, die an der Northeastern einen Master-Abschluss in Bioingenieurwesen erwarb, und Jason Olszewski, einem Bioingenieur-Hauptfach im vierten Jahr, durch.

Für die Studie erstellte das Team unter Verwendung gespendeter menschlicher Zellen ein Modell einer menschlichen Hornhaut und verwendete hochwertige Mikroskope und andere Mess- und Diagnosewerkzeuge, um die biomechanischen Prozesse zu beobachten, die bei der Bildung der Hornhaut ablaufen. Die Tatsache, dass der Prozess in Echtzeit beobachtet werden konnte, war von entscheidender Bedeutung, da frühere Studien in diesem Bereich weitgehend auf Standbildern beruhten.

„Wir haben entnommene Zellen aus einem Spenderauge entnommen, sie auf eine Schale gelegt und während sie an der Neubildung des Gewebes gearbeitet haben, haben wir diesen Prozess beobachtet“, sagt Ruberti.

Sie beobachteten, dass sich Zellen auseinanderzogen, um die Struktur zu bilden, und identifizierten fünf einzigartige Arten von Zügen.

Rubertis Labor schlug dieses Phänomen erstmals im Jahr 2016 vor, nachdem der ehemalige Northeastern-Doktorand Jeff Paten Experimente durchgeführt hatte, die zum ersten Mal zeigten, dass Kollagenmonomere zu Strukturen kristallisieren, wenn man sie anzieht. Ruberti sagte voraus, dass Zellen dasselbe tun könnten.

Die Forschung wird dazu dienen, therapeutische Prozesse im nordöstlichen Spinout-Unternehmen BrillantStrings Therapeutics zu unterstützen, das er und Paten gegründet haben. Die Entdeckung könnte zu besseren Behandlungen für Fibrose und andere Erkrankungen führen, die zu einer schlechten Wundheilung führen, sagt Ruberti.

„Es eröffnet unzählige Möglichkeiten, von der Formung von Geweben durch gezielte Belastung von Monomeren bis hin zur Schaffung von Strukturen zur Behandlung von Fibrose, wo dieser Prozess fehlgeschlagen ist“, fügt er hinzu.

„Jeffs Theorie scheint zunächst ein wenig kontraintuitiv zu sein, weil man annehmen würde, dass die Zellen einen Kern haben und dieser sozusagen das Gehirn der Zellen ist“, sagt Silverman. „Natürlich sollten sie wissen, wohin das Kollagen gehen würde, und es in diesen Weg bringen, um die Struktur zu schaffen. Es stellt alles auf den Kopf und lässt Sie alles in Frage stellen, was Sie vielleicht gedacht haben.“

Bei der Diskussion der Ergebnisse wird Ruberti etwas philosophisch und stellt fest, dass Tiere und Menschen auf viele Arten buchstäblich ins Leben gerufen werden könnten.

„Das Ziehen ist erforderlich, damit Sie sich überhaupt richtig formen können“, sagt er. „Die Spannung ist entscheidend.“

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Northeastern Global News erneut veröffentlicht news.northeastern.edu.