Zespół badawczy składający się z profesora Dong Sung Kim, profesor Anny Lee i dr Jaeseung Youn z Wydziału Inżynierii Mechanicznej w POSTECH pomyślnie odtworzył strukturę zmarszczek w tkance biologicznej in vitro, odkrywając mechanizmy stojące za ich powstawaniem. Ich odkrycia zostały opublikowane 19 sierpnia w międzynarodowym czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.
Podczas gdy zmarszczki są często kojarzone ze starzeniem się skóry, wiele organów i tkanek, w tym mózg, żołądek i jelita, również mają odrębne wzorce zmarszczek. Struktury te odgrywają kluczową rolę w regulacji stanów komórkowych i różnicowania, przyczyniając się do fizjologicznych funkcji każdego organu. Zrozumienie, w jaki sposób tkanki biologiczne składają się i tworzą zmarszczki, jest kluczowe dla zrozumienia złożoności organizmów żywych wykraczającej poza kwestie kosmetyczne. Ta wiedza może być kluczowa dla rozwoju badań w takich obszarach, jak starzenie się skóry, terapie regeneracyjne i embriologia.
Pomimo znaczenia biologicznych struktur zmarszczek, większość badań w tej dziedzinie opierała się na modelach zwierzęcych, w tym muszkach owocowych, myszach i kurach, ze względu na ograniczenia w replikacji powstawania zmarszczek in vitro. W rezultacie szczegółowe procesy powstawania zmarszczek w żywej tkance pozostają w dużej mierze nieznane.
Zespół profesora Dong Sung Kima zajął się tym ograniczeniem, opracowując model tkanki nabłonkowej złożony wyłącznie z ludzkich komórek nabłonkowych i macierzy pozakomórkowej (ECM). Łącząc ten model z urządzeniem zdolnym do stosowania precyzyjnych sił ściskających, udało im się odtworzyć i zaobserwować struktury zmarszczek in vitro, które są zwykle widoczne w jelitach, skórze i innych tkankach in vivo. To przełomowe odkrycie pozwoliło im po raz pierwszy odtworzyć zarówno hierarchiczną deformację pojedynczej głębokiej zmarszczki spowodowanej silną siłą ściskającą, jak i powstawanie licznych małych zmarszczek pod wpływem mniejszej kompresji.
Zespół odkrył również, że czynniki takie jak porowata struktura leżącej pod spodem ECM, odwodnienie i siła ściskająca przyłożona do warstwy nabłonkowej są kluczowe dla procesu powstawania zmarszczek. Ich eksperymenty wykazały, że siły ściskające odkształcające warstwę komórek nabłonkowych powodowały niestabilność mechaniczną w warstwie ECM, co prowadziło do powstawania zmarszczek. Ponadto odkryli, że odwodnienie warstwy ECM było kluczowym czynnikiem w procesie powstawania zmarszczek. Obserwacje te ściśle odzwierciedlały efekty obserwowane w starzejącej się skórze, gdzie odwodnienie leżącej pod spodem warstwy tkanki prowadzi do rozwoju zmarszczek, zapewniając mechanobiologiczny model do zrozumienia powstawania zmarszczek.
Profesor Dong Sung Kim wyraził znaczenie badań, mówiąc: „Opracowaliśmy platformę, która może replikować różne struktury zmarszczek w żywej tkance bez konieczności przeprowadzania testów na zwierzętach”. Dodał: „Ta platforma umożliwia obrazowanie w czasie rzeczywistym i szczegółową obserwację powstawania zmarszczek na poziomie komórkowym i tkankowym, procesów, które są trudne do uchwycenia w tradycyjnych modelach zwierzęcych. Ma szerokie zastosowanie w takich dziedzinach jak embriologia, inżynieria biomedyczna, kosmetyka i inne”.
Badania przeprowadzono przy wsparciu Programu Badań Średniozaawansowanych Narodowej Fundacji Badań Naukowych Korei i Ministerstwa Nauki i ICT, a także Projektu Alchemist Ministerstwa Handlu, Przemysłu i Energii.
