Peneliti FMI telah menjelaskan bagaimana organoid usus membentuk crypts, kantong yang menampung sel induk untuk regenerasi usus dan stabilitas jangka panjang. Temuan mereka mungkin memiliki implikasi yang lebih luas untuk rekayasa jaringan dan kedokteran regeneratif.
Organoid usus yang tumbuh di laboratorium meniru struktur usus, termasuk crypts, yang sangat penting untuk regenerasi usus karena mereka adalah rumah bagi sel induk. Namun, proses mekanis yang tepat yang mendorong formasi crypt tetap tidak jelas.
Para peneliti di laboratorium Liberali dan kolaborator mereka di Institute of Science and Technology Austria menciptakan model untuk menjelaskan bagaimana crypts terbentuk dalam organoid usus dengan menghubungkan kekuatan mekanik dan respons sel terhadap bentuk jaringan. Model ini menunjukkan bahwa perubahan volume sel usus dan lumen-rongga yang diisi cairan di dalam organoid usus-memainkan peran penting dalam memodulasi kekuatan mekanik dalam jaringan. Saat lumen menyusut, ia mengurangi energi yang dibutuhkan untuk menekuk jaringan sambil meningkatkan perbedaan ketegangan antara lapisan sel. Umpan balik mekanis ini adalah pendorong utama formasi crypt. “Ketika volume lumen organoid menurun, jaringan menekuk, dan crypts muncul,” kata Liberali. Untuk menguji model mereka, para peneliti secara artifisial meningkatkan volume lumen. Dalam organoid tahap awal, pengembangan crypts dibuka kembali, sementara crypts yang terbentuk sepenuhnya tetap tidak berubah. Eksperimen lebih lanjut menunjukkan bahwa dalam mengembangkan crypts, perubahan volume mengubah distribusi myosin, protein kunci dalam kontraksi sel, dan ketegangan yang melemah. Di ruang bawah tanah dewasa, myosin tetap stabil, mengunci struktur di tempatnya. Para peneliti juga menemukan bahwa tekanan lumen bertindak sebagai sinyal jarak jauh yang dapat menyinkronkan formasi crypt di seluruh organoid. Ini berarti bahwa semua crypts dalam satu organoid tunggal menanggapi perubahan tekanan cairan, memastikan pengembangan terkoordinasi. Loop umpan balik mekanis yang serupa mungkin berperan dalam model jaringan lain, kata Liberali. “Pekerjaan ini membantu menjelaskan bagaimana kekuatan mekanik mempengaruhi pengembangan organ dan mungkin memiliki implikasi yang lebih luas untuk kedokteran regeneratif dan rekayasa jaringan.”
Shi-lei Xue, Qiutan Yang, Prisca Liberali* & Edouard Hannezo* Bistabilitas mekanokimia organoid usus memungkinkan morfogenesis yang kuat Nat. Phys (2025) memajukan publikasi online
*Penulis CO-Corressespespes
