מים מהווים כ- 60 אחוז מגוף האדם. יותר ממחצית המים האלה מתנפנמים סביב התאים המרכיבים איברים ורקמות. חלק ניכר מהמים שנותרו זורמים בפינים ובנגישות בין תאים, ממש כמו מי ים בין גרגרי חול.
כעת, מהנדסי MIT מצאו כי נוזל "בין -תאי" זה ממלא תפקיד מרכזי באופן בו רקמות מגיבות כשהן נלחצות, לחוצות או מעוותות פיזית. הממצאים שלהם יכלו לעזור למדענים להבין כיצד תאים, רקמות ואיברים מסתגלים פיזית למצבים כמו הזדקנות, סרטן, סוכרת ומחלות נוירו -שריריות מסוימות.
במאמר המופיע ב פיזיקה טבעיתהחוקרים מראים שכאשר נלחץ או נלחץ על רקמה, הוא תואם יותר ונרגע מהר יותר כאשר הנוזל בין התאים שלו זורם בקלות. כאשר התאים ארוזים זה לזה ויש פחות מקום לזרימה בין -תאית, הרקמה בכללותה נוקשה יותר ומתנגדת שנלחצה או סחטה.
הממצאים מאתגרים את החוכמה המקובלת, שהניחה כי תאימות הרקמה תלויה בעיקר במה שיש, ולא בסביבה, בתא. כעת, לאחר שהחוקרים הראו כי זרימה בין -תאית קובעת כיצד רקמות יסתגלו לכוחות פיזיים, ניתן ליישם את התוצאות כדי להבין מגוון רחב של מצבים פיזיולוגיים, כולל כיצד השרירים עומדים בפעילות גופנית ולהתאושש מפגיעה, וכיצד יכולת ההסתגלות הגופנית של הרקמה עשויה להשפיע על התקדמות הזדקנות, סרטן ומצבים רפואיים אחרים.
הצוות רואה את התוצאות יכולות גם ליידע את תכנון הרקמות והאיברים המלאכותיים. לדוגמה, ברקמות מלאכותיות הנדסיות, מדענים עשויים לייעל את הזרימה הבין -תאית בתוך הרקמה כדי לשפר את תפקודו או חוסן. החוקרים חושדים כי זרימה בין -תאית יכולה להיות גם מסלול למסירת חומרים מזינים או טיפולים, או לרפא רקמה או למגר גידול.
אנשים יודעים שיש הרבה נוזלים בין תאים ברקמות, אך עד כמה זה חשוב, במיוחד בעיוות רקמות, מתעלמים לחלוטין. עכשיו אנחנו באמת מראים שאנחנו יכולים לצפות בזרימה זו. וככל שהרקמה מתעוותת, הזרימה בין התאים שולטת בהתנהגות. אז בואו נשים לב לזה כשאנחנו לומדים מחלות ורקמות מהנדסות. "
מינג גואו, פרופסור חבר להנדסת מכונות ב- MIT
גו הוא מחבר משותף של המחקר החדש, הכולל מחבר מוביל ו- MIT PostDoc Fan Liu PhD '24, יחד עם בו גאו והוי לי מאוניברסיטת בייג'ינג נורמלית, ולירן ליי ושואין ליו מהמכללה הרפואית של פקין יוניון.
לחוץ ולחץ
הרקמות והאיברים בגופנו עוברים כל העת עיוותים פיזיים, מהמתח הגדול והמתח של השרירים במהלך התנועה ועד התכווצויות הקטנות והיציבות של הלב. במקרים מסוימים, באיזו קלות רקמות מסתגלות לעיוות יכולות להתייחס לכמה מהר אדם יכול להתאושש, למשל, תגובה אלרגית, פציעה בספורט או שבץ מוחי. עם זאת, בדיוק מה שמגדיר את תגובת הרקמה לעיוות אינו ידוע ברובו.
גואו וקבוצתו ב- MIT בדקו את המכניקה של עיוות רקמות, ותפקיד הזרימה הבין -תאית בפרט, בעקבות מחקר שפרסמו בשנת 2020. במחקר זה הם התמקדו בגידולים וצפו באופן בו נוזל יכול לזרום ממרכז הגידול אל תוך קצוותיו, דרך הסדקים והנסיקים בין תאי גידול בודדים. הם גילו שכאשר גידול נדחק או נלחץ, הזרימה הבין -תאי גברה, ופעולה כחגורת מסוע להובלת נוזלים מהמרכז לקצוות. זרימה בין -תאית, כך מצאו, עלולה לתדלק את פלישת הגידול לאזורים הסובבים.
במחקר החדש שלהם, הצוות נראה לראות איזה תפקיד הזרימה הבין -תאי הזו עשויה למלא ברקמות אחרות ולא סרטניות.
"בין אם אתה מאפשר לנוזל לזרום בין תאים או לא, נראה שיש לו השפעה משמעותית ", אומר גואו." אז החלטנו להסתכל מעבר לגידולים כדי לראות כיצד זרימה זו משפיעה על האופן בו רקמות אחרות מגיבות לעיוות. "
פנקייק נוזלי
גואו, ליו ועמיתיו חקרו את הזרימה הבין -תאי ברקמות ביולוגיות שונות, כולל תאים הנגזרים מרקמת הלבלב. הם ביצעו ניסויים שבהם הם טיפחו לראשונה אשכולות קטנים של רקמות, שכל אחד מהם נמדד פחות מרבע ברוחב מילימטר ומספר עשרות אלפי תאים בודדים. הם הציבו כל אשכול רקמות בפלטפורמת בדיקה מעוצבת בהתאמה אישית שהצוות בנה במיוחד למחקר.
"דגימות המיקרו -סיביות הללו נמצאות באזור המתוק הזה בו הן גדולות מכדי לראות בטכניקות מיקרוסקופיה של כוח אטומי וקטנות מדי למכשירים מגוונים יותר", אומר גואו. "אז החלטנו לבנות מכשיר."
החוקרים התאימו מיקרו-איזון בעל דיוק גבוה המודד שינויים דקים במשקל. הם שילבו זאת עם מנוע מדרג שנועד ללחוץ על מדגם עם דיוק ננומטר. הצוות הניח אשכולות רקמות בזה אחר זה במאזן ורשם את המשקל המשתנה של כל אשכול כשהוא נרגע מכדור לצורת פנקייק בתגובה לדחיסה. הצוות גם לקח קטעי וידאו של האשכולות כשהם נלחצים.
עבור כל סוג של רקמות, הצוות עשה אשכולות בגדלים שונים. הם טענו כי אם תגובת הרקמה נשלטת על ידי הזרימה בין התאים, אז ככל שרקמה גדולה יותר, כך צריך לקחת מים כדי לחלחל, ולכן, ככל שיהיה צריך לקחת את הרקמה להירגע. זה אמור לארוך את אותה פרק זמן, ללא קשר לגודל, אם תגובת הרקמה נקבעת על ידי מבנה הרקמה ולא על ידי נוזל.
על פני ניסויים מרובים עם מגוון סוגים וגדלים של רקמות, הצוות צפה במגמה דומה: ככל שהאשכול גדול יותר, כך נדרש זמן רב יותר להירגע, מה שמצביע על כך שזרימה בין תאים שולטת בתגובת הרקמה לעיוות.
"אנו מראים כי זרימה בין -תאית זו היא מרכיב מכריע שיש לקחת בחשבון בהבנה הבסיסית של מכניקת הרקמות וגם יישומים במערכות מחיה הנדסיות", אומר ליו.
בעתיד, הצוות מתכנן לבדוק כיצד זרימה בין -תאי משפיעה על תפקוד המוח, במיוחד בהפרעות כמו מחלת אלצהיימר.
"זרימה בין -תאית או ביניים יכולה לעזור לך להסיר פסולת ולהעביר חומרים מזינים למוח", מוסיף ליו. "שיפור הזרימה הזו במקרים מסוימים עשוי להיות דבר טוב."
"כפי שמראה עבודה זו, כשאנחנו מפעילים לחץ על רקמה, נוזל יזרום", אומר גואו. "בעתיד אנו יכולים לחשוב על תכנון דרכים לעסות רקמה כדי לאפשר לנוזל להעביר חומרים מזינים בין תאים."
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי המחלקה להנדסת מכונות ב- MIT.
