血管成長における形の役割
研究によると、環境の影響が胚の血管形成にどう関わっているかがわかる。
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血管がどうやって形成され、発達するかを理解することは、医学や組織工学などのいろんな分野で重要なんだ。血管が成長するためには、血流による圧力や引っ張りみたいな物理的な力が必要で、これらの要素が血管の形や体の中のさまざまな構造やパターンを作るのに役立つ。自然の信号が血管の成長に与える影響はよくわかってるけど、研究において人工的な環境を使うことで、科学者たちは血流だけじゃなく、血管が成長する組織の形にまで手を加えることができるんだ。
形が血管の発達に与える影響
胚の発達中に、チューブや枝のような構造が形成されて血管のネットワークができる。最近の研究では、圧力や引っ張りみたいな物理的な力がこのネットワークの発展を導く重要な要素であることが示されてる。研究によって、胚の血管の配置は外部の力によって変わることがわかった。つまり、組織が成長する環境の形を変えることで、血管の形成や配置に影響を与えることができるんだ。
形による適応の概念
自然にインスパイアを受けて、研究者たちは環境を形作ることで血管の成長にどう影響を与えるかを探ってる。例えば、木は型を使って特定の形に育てられるし、果物も型に沿ってユニークな形になることがある。このアイデアから生まれたのが、形誘導血管適応(SIVA)っていう革新的な技術。
このアプローチでは、科学者たちはニワトリの胚から成長する組織を育てるために卵の殻を模した特別なプラットフォームを使う。これらのプラットフォームは、丸や四角、三角のようなさまざまな形を持っていて、研究者たちは形がニワトリの胚の血管の発展にどう影響を与えるかを観察することができる。
方法論
プロセスは、受精した鶏卵を育てることから始まる。数日間の孵化後、胚の組織と周りの卵黄をこれらの工学的な卵殻の形に移す。それぞれのプラットフォームは、血管が成長する様子を簡単に観察できる材料でできているよ。
円形から複雑な形まで、さまざまな形をテストして血管の配置がどう変わるかを見た。研究者たちは、プラットフォームの形によって血管の構造に大きな違いがあることに気づいた。例えば、特定の形は血管がより大きく成長したり、より多く分岐するのを促すことがある。
血管の組織に関する観察
胚が成長するにつれて、科学者たちは異なる形のプラットフォーム内の血管の配置を撮影した。血管がプラットフォームの形に適応していることが明らかになった。例えば、円形の環境では血管が丸い構造を保っていて、四角や三角の形では血管が長くなったり異なる分岐をすることがわかった。
研究者たちは血管が互いにどのように配置されているかも調べた。円形の形はより対称的な配置を生み出し、鋭い形はより不規則なパターンを導くことがわかった。
未来を形作る
この現象を深く探るために、科学者たちは組織がすでに成長し始めた後に卵殻プラットフォームの形を変えることができるプロトタイプ装置を作った。円形から四角形に変えることで、血管の配置に即座に影響を観察した。この形の変化は、血管が成長するサイズや構造に変化をもたらした。
careful measurements, 彼らは血管ネットワークの特定の領域がこの形の変化に異なる反応を示すことに気づいて、環境の形が血管の発達に重要な役割を果たすことを示した。
研究の重要性
これらの発見はさまざまな分野に重要な意味を持つ。組織の形やその上に作用する力を操作することで、研究者たちは人工的な組織の中で血管の発達を導くことができるかもしれない。これにより、人工臓器の作成や医療処置の治癒プロセスの改善につながる可能性がある。
この研究は、シンプルな形が血管の形成や配置に大きな影響を与えることを強調してる。将来的な研究では、より自然の臓器に似た複雑な形の使用を探ることができ、組織工学においてさらに大きな発見が期待できるかもしれない。
結論
要するに、血管が発達する環境の形は、その成長や配置にとって重要なんだ。卵殻のような工学的なプラットフォームを使うことで、研究者たちは形の違いがニワトリの胚の血管ネットワークにどう影響するかを観察してきた。これらの発見は、血管の発達を研究する新しい道を開き、医学や組織工学における応用の可能性がある。
この研究は、形や機械的な力を使って組織の成長をどのようにコントロールし、導くことができるかをさらに探求する必要性を強調してる。形と血管の組織の関係を理解し続けることで、将来的に組織の作成や操作のためのより効果的な戦略を開発できるようになるんだ。
タイトル: Shape that matters: Yolk geometry spatially modulates developing vascular networks within chick chorioallantoic membrane
概要: Controlling the multiscale organization of vasculature within diverse geometries is essential for shaping tissue-specific and organ-specific architectures. Nevertheless, how geometrical characteristics of surrounding tissues influence vessel morphology and blood flow remains unclear. Where the regulation of vascular organization by mechanical signals associated with fluid flow is well known, this study postulates that the organization of developing vasculature can also be regulated by mechanical signals connected to the confinement and thus the deformation of surrounding tissues. To test the Shape-Induced Vascular Adaptation (SIVA) concept, fertilized chicken egg contents containing developing vasculature were cultured within engineered eggshell platforms of different shapes. Our findings demonstrate that the vascularized chick chorioallantoic membrane (CAM) adapts to the shape of engineered eggshell, long before reaching its boundaries. This adaptation affects the organization of the vascular network within the CAM, affecting parameters such as vessel area, branching, orientation, length, diameter and endpoints. Specifically, we observed that sharp corners in the engineered eggshell led to more elongated vascular structures. To further explore the dynamic nature of this phenomenon, a proof-of-concept experiment was performed using a shape-shifting engineered eggshell that deforms the egg content from circle to square shape. Using this shape-shifting prototype, we observed a direct effect of eggshell deformation on the vessel morphology and flow dynamics in a time-dependent manner. Overall, our exovo experimental platform provides a unique opportunity to study how mechanical stimuli such as shape influence the spatial and temporal organization of developing vascularized tissues. By subjecting these tissues to various static and dynamic conditions, we induced both local and global changes in their organization. This class of perturbation provides us with an additional tool which can be used for shaping vascular organization within developing tissues and to engineer tissues with geometrically tunable vessel structures.
著者: Jeroen Rouwkema, P. Padmanaban, D. Wanders, O. K. Katovich, N. Salehi-Nik, S. Levenberg
最終更新: 2024-07-19 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.18.604146
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.18.604146.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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