상피 오르가노이드에서 루멘 핵형성과 융합의 일반 규칙

신체의 많은 내부 장기에는 액체로 채워진 루멘이 존재합니다. 루멘의 시작과 융합 메커니즘은 장기 발생 동안 장기 유형에 따라 달라지는 것으로 보고되었습니다. 반면에 루멘의 물리학은 루멘 압력과 세포 역학 간의 힘의 균형이 자가 조직화를 통합할 수 있는 보존 법칙으로 이어질 수 있음을 시사합니다. 그러나 이 가설은 실험적 증거가 부족합니다. 여기에서는 정량적 세포 생물학, 마이크로 패브리케이션 및 이론을 사용하여 세 가지 서로 다른 시스템(MDCK 낭포, 췌장 구체 및 배엽 낭포)의 루멘 역학을 비교합니다. 우리는 초기 세포 수가 최대 루멘 수를 결정하지만 최종 단일 루멘인 정상 상태에는 영향을 미치지 않는다고 보고합니다. 또한 루멘 수는 시간에 따라 두 가지 단계, 즉 핵형성 단계와 융합 단계로 나타납니다. 핵형성 단계에서는 췌장 및 MDCK 낭포에서 두 세포 사이에 루멘이 형성되는 반면, 배엽에서는 10세포 사이의 로제트 단계에서 형성됩니다. 두 번째 단계에서는 췌장 구체와 MDCK 낭포에서 루멘 부피의 증가로 루멘이 융합되는 반면, 배엽에서는 세포의 수렴 방향 운동이 루멘 융합으로 이어집니다. 우리는 이러한 현상이 루멘의 수압과 관련이 있음을 보여줍니다. 이러한 결과를 이론적 논증과 수치 시뮬레이션으로 뒷받침합니다. 마지막으로 MDCK 낭포를 사용하여 세포 부착과 루멘 부피를 조작하고 췌장 구체 및 배엽의 융합 역학을 성공적으로 재현합니다. 우리의 결과는 발달 중 형성 생물학 및 합성 장기 설계와 관련된 시스템 간 루멘의 자가 조직화 규칙을 명확하게 보여줍니다.