Ученые раскрыли механизм формирования протоков поджелудочной железы

Органы часто содержат заполненные жидкостью пространства, называемые просветами (люменами), которые играют ключевую роль в их функционировании, выступая в качестве транспортных и распределительных сетей. В поджелудочной железе просветы образуют сложную систему протоков, по которым пищеварительные ферменты доставляются в тонкий кишечник. Понимание того, как эта система формируется в процессе эмбрионального развития, крайне важно как для изучения нормального органогенеза, так и для диагностики и лечения заболеваний поджелудочной железы.

Несмотря на важность, механизмы, определяющие конкретную форму просветов, до конца не изучены, так как исследования на других моделях в основном ограничивались формированием одиночных сферических полостей. Органоидные модели, которые точнее имитируют физиологические характеристики реальных органов, могут демонстрировать целый спектр морфологий просвета, например, сложные сети тонких трубок.

Исследователи из группы Анн Грапен-Боттон, директора Института молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка (MPI-CBG) в Дрездене (Германия), объединились с коллегами из группы Масаки Сано из Токийского университета (Япония), Тэцуя Хираива из Института физики Академии Синика (Тайвань) и Даниэлем Ривелином из Института генетики, молекулярной и клеточной биологии (Франция), чтобы изучить процессы, участвующие в формировании сложных просветов.

Используя комбинацию компьютерного моделирования и экспериментальных методов, ученые смогли определить ключевые факторы, контролирующие форму просвета. Работа опубликована в журнале Nature Cell Biology.

Звездообразный просвет похож на настоящую поджелудочную железу

«Трехмерные структуры поджелудочной железы, также называемые панкреатическими органоидами, могут формировать либо крупные сферические просветы, либо узкие сложные взаимосвязанные просветные структуры в зависимости от среды в чашке Петри», — говорит Бён Хо Ли, научный сотрудник группы Грапен-Боттон и ведущий автор исследования.

«Добавляя специфические химические препараты, изменяющие скорость пролиферации клеток и давление в просвете, мы смогли изменить его форму. Мы также обнаружили, что повышение проницаемости эпителиальных клеток, окружающих просвет, снижает давление и также может менять форму просвета».

«Наша модель может измерять и предсказывать, какие параметры отвечают за переходы между формами просвета, обеспечивая обратную связь для самих экспериментов», — добавляет Кана Фудзи, аспирант исследовательской группы Масаки Сано.

Чтобы понять, как растут и делятся отдельные клетки и как это влияет на формирование просвета, исследовательская группа использовала математическую модель для симуляции процесса в дополнение к экспериментам.

«Наше исследование показывает, что форма и структура просвета в панкреатических органоидах зависят от трех основных факторов: скорости пролиферации клеток, давления внутри просвета и проницаемости клеток вокруг просвета», — говорит Анн Грапен-Боттон, курировавшая исследование вместе с Бён Хо Ли.

«Это открытие может помочь нам понять, как развиваются другие органы с узкими взаимосвязанными протоками и как на них влияют распространенные кистозные заболевания. Наша модель может способствовать дальнейшим исследованиям в области развития органов и тканевой инженерии, а также потенциально использоваться для тестирования воздействия различных лекарств на заболевания, что может привести к новым методам лечения. Это поможет нам лучше понимать и лечить заболевания, поражающие поджелудочную железу и другие органы с разветвленными протоками».

Интересный факт: Поджелудочная железа выполняет две ключевые функции: экзокринную (выработка пищеварительных ферментов) и эндокринную (производство инсулина и глюкагона для регуляции уровня сахара в крови). Нарушения в формировании ее протоковой системы на ранних этапах развития могут быть связаны с такими заболеваниями, как муковисцидоз или хронический панкреатит. Использование органоидов — миниатюрных упрощенных версий органов, выращенных в лаборатории, — стало революционным инструментом в биомедицине, позволяющим изучать развитие, болезни и тестировать лекарства без экспериментов на животных.

Больше информации: Byung Ho Lee et al, Permeability-driven pressure and cell proliferation control lumen morphogenesis in pancreatic organoids, Nature Cell Biology (2025). DOI: 10.1038/s41556-025-01832-5

Источник: Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics