Embryo krijgt vorm door mechanische interactie tussen cellen

Tijdens de embryonale ontwikkeling communiceren cellen niet alleen via chemische signalen, maar ook via mechanische krachten die de cellen op elkaar uitoefenen. Onderzoekers van het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) in Amsterdam en Cornell University in Ithaca (VS) zijn erin geslaagd de groei van een bloedvatenstructuur te reproduceren enkel op basis van mechanische krachten. Hun resultaten werden donderdag gepubliceerd in het blad PLoS Computational Biology. Dit onderzoek draagt bij aan een beter begrip van embryonale groei.

Hoe een enkele cel tijdens de embryonale ontwikkeling kan uitgroeien tot een complex organisme is voor wetenschappers nog deels een raadsel. Het meeste onderzoek richt zich op de uitwisseling van chemische signalen tussen cellen waardoor zij zich specialiseren in organen en weefsels. Experimenten hebben inmiddels aangetoond dat ook mechanische krachten een belangrijke rol spelen. Door te duwen en te trekken aan de extracellulaire matrix waarin cellen zich bevinden, beïnvloeden ze de beweging en oriëntatie van naburige cellen.

De computationeel biologen van het CWI hebben nu een computermodel ontwikkeld dat de grote rol van deze mechanische krachten bij embryonale ontwikkeling onderstreept. Hun model simuleert de groei van een bloedvatenstelsel op celniveau op basis van mechanische krachten tussen cellen. De simulaties blijken overeen te komen met experimenten aan celcultures van bloedvatachtige structuren uitgevoerd op Cornell University. 

De simulaties leveren een krachtig gereedschap op voor het modelleren van mechanische interacties tussen cellen, en dragen uiteindelijk bij aan een beter begrip in de embryonale groei en ontwikkeling van complexe organismen, waaronder de mens.

 

Simulated network 

Afbeelding: Simulatie van een vasculair netwerk gegenereerd vanuit mechanische cel-celinteracties. Door trekkrachten die de cellen op een substraat uitoefenen ontstaan spanningen die de cellen een netwerk laat vormen. De kleur van het substraat is een maat voor de hoogte van de spanning, zwarte lijnen geven de oriëntatie van de hoogste spanning weer. De cellen zijn transparant rood gekleurd zodat de onderliggende spanningen zichtbaar zijn.

 

Meer informatie:

Biomodeling & Biosystems Analysis-onderzoek op het CWI