Die Natur zeigt, dass es mehr als einen Weg gibt, eine Lunge zu bauen

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Unser Körper beherbergt versteckte Bäume – komplexe, verzweigte Strukturen, die für die Funktionen von Organen wie Lunge, Niere und Bauchspeicheldrüse lebenswichtig sind.Celeste Nelson untersucht, wie Verzweigungsmuster während der Entwicklung entstehen.

Ihre Forschung verbindet Biologie mit Ingenieurwissenschaften und computergestützter Modellierung – mit dem Endziel, funktionelle Gewebe außerhalb des Körpers aufzubauen.”Diese verzweigten Architekturen sind allgegenwärtig”, sagte Nelson, Professor für chemische und biologische Verfahrenstechnik.

In der Lunge sind sie wichtig, um sicherzustellen, dass genügend Oberfläche vorhanden ist, um Sauerstoff aus einem Atemzug in den Blutkreislauf zu transportieren”, während es in Organen wie der Brust- oder Speicheldrüse “eine Art raumfüllende Mission ist: genug Milch zu produzieren, genug Speichel zu produzieren”.Ein Großteil von Nelsons Arbeit konzentriert sich auf die Kräfte, die einen Zellklumpen im Embryo dazu bringen, in das baumartige Muster der Atemwege in der neugeborenen Lunge hineinzuwachsen.

Um zu verstehen, wie verschiedene physikalische Prozesse ähnliche Ergebnisse erzielen können, hat ihre Gruppe die Lungenentwicklung nicht nur bei Mäusen, einem Modell für die menschliche Entwicklung, sondern auch bei Vögeln und Reptilien untersucht.Nelsons Laboratorium hat Jahre damit verbracht, die Details der Lungenentwicklung bei Mäusen aufzudecken und herauszufinden, dass physische Signale von glatten Muskelzellen die Zellen, die den sich entwickelnden Atemweg auskleiden, dazu bringen, sich in zwei Zweige zu teilen – ein Prozess, der Millionen Mal stattfindet, um jede gut funktionierende neugeborene Lunge zu bilden.

Und neuere Arbeiten unter der Leitung der Doktorandin Katie Goodwin haben gezeigt, dass glatte Muskelzellen auch das Wachstum der allerfrühesten Äste der Atemwege prägen, die sich bilden, wenn eine Knospe an der Seite eines Hauptastes zu wachsen beginnt (im Gegensatz zum Ende eines in zwei Teile gespaltenen Astes).Reptilienlungen sind dagegen einfachere Säcke, denen aufwändige Verzweigungsmuster fehlen.

Bei sich entwickelnden Embryonen bilden glatte Muskelzellen ein hexagonales Netz, das sich um die wachsende Lunge wickelt und die Epithelzellen zusammenzieht und zusammendrückt, um die Falten des reifen Organs zu bilden.

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In einer Zusammenarbeit mit Andrej Košmrlj,….

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