人體器官具有復(fù)雜的充滿液體的管路和環(huán)路網(wǎng)絡(luò)。它們具有不同的形狀，并且它們的三維結(jié)構(gòu)彼此之間的連接也不同，具體取決于器官。在胚胎發(fā)育過程中，器官從一組簡單的細(xì)胞中發(fā)育出它們的形狀和組織結(jié)構(gòu)。由于缺乏概念和工具，很難理解器官發(fā)育過程中形狀和復(fù)雜組織網(wǎng)絡(luò)是如何產(chǎn)生的。來自德累斯頓馬克斯普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所 (MPI-CBG) 和復(fù)雜系統(tǒng)物理研究所 (MPI-PKS) 的科學(xué)家們首次定義了器官發(fā)育指標(biāo)，因為以及維也納的分子病理學(xué)研究所 (IMP)。在他們的研究中，
細(xì)胞的集體相互作用導(dǎo)致生物體在發(fā)育過程中的形成。不同的器官具有不同的幾何形狀和不同連接的三維結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)決定了器官中充滿液體的管道和環(huán)路的功能。一個例子是腎臟的分支網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它支持血液的高效過濾。觀察生命系統(tǒng)中的胚胎發(fā)育很困難，這就是為什么描述充滿液體的管和環(huán)網(wǎng)絡(luò)如何發(fā)育的概念如此之少的原因。雖然過去的研究表明細(xì)胞力學(xué)如何在生物體發(fā)育過程中引起局部形狀變化，但尚不清楚組織的連通性是如何出現(xiàn)的。通過結(jié)合影像和理論，研究員 Keisuke Ishihara 在 MPI-CBG 和 MPI-PKS 的 Jan Brugues 小組中首先開始研究這個問題。后來他繼續(xù)在 IMP 的 Elly Tanaka 小組工作。Keisuke 與他的同事 Arghyadip Mukherjee(以前是 MPI-PKS 的 Frank Jülicher 小組的研究員)和 Jan Brugués 一起使用了來自小鼠的類器官形成復(fù)雜的上皮細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的胚胎干細(xì)胞，排列在器官中并起到屏障的作用。
我仍然記得當(dāng)我發(fā)現(xiàn)一些類器官已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂卸鄠€看起來像一串葡萄的芽的組織時的激動時刻。然而，在開發(fā)過程中描述三維架構(gòu)的變化被證明是具有挑戰(zhàn)性的。我發(fā)現(xiàn)這個類器官系統(tǒng)產(chǎn)生了驚人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有許多環(huán)路或通道，就像一個有洞的玩具球。”
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