Opis projektu
Nowe badania mogą ujawnić mechanikę morfogenezy
Morfogeneza jest jednym z najbardziej niezwykłych przykładów samoorganizacji biologicznej. Zasady rządzące morfogenezą, w trakcie której dochodzi do skomplikowanych oddziaływań między procesami biofizycznymi i reakcjami biochemicznymi, są nadal opisane w nieznacznym stopniu. Finansowany przez UE projekt HydraMechanics koncentruje się na zbadaniu mechanicznych aspektów morfogenezy. Badania prowadzone na układzie modelowym stułbi, małego wielokomórkowego organizmu słodkowodnego, mają doprowadzić do odkrycia, w jaki sposób siły mechaniczne i sprzężenie zwrotne przyczyniają się do formowania i stabilizacji planu ciała zwierzęcia. Ciało stułbi ma prostą budowę i symetrię jednoosiową, ale cechuje się też niezwykłymi zdolnościami w zakresie regeneracji. Zasadniczo prace prowadzone w ramach projektu mogą ujawnić, w jakim stopniu mechanika wpływa na morfogenezę zwierząt i w ten sposób zainspirować nowe podejście do wykorzystywania sił zewnętrznych jako narzędzia nadającego kierunek inżynierii tkankowej. Wyniki mogą również mieć daleko idące konsekwencje dla medycyny regeneracyjnej.
Cel
Morphogenesis is one of the most remarkable examples of biological pattern formation. Despite substantial progress in the field, we still do not understand the organizational principles responsible for the robust convergence of the morphogenesis process, across scales, to form viable organisms under variable conditions. We focus here on the less-studied mechanical aspects of this problem, and aim to uncover how mechanical forces and feedback contribute to the formation and stabilization of the body plan. Regenerating Hydra offer a powerful platform to explore this direction, thanks to their simple body plan, extraordinary regeneration capabilities, and the accessibility and flexibility of their tissues. We propose to follow the regeneration of excised tissue segments, which inherit an aligned supra-cellular cytoskeletal organization from the parent Hydra, as well as cell aggregates, which lack any prior organization. We will employ advanced microscopy techniques and develop elaborate image analysis tools to track cytoskeletal organization and collective cell migration and correlate them with global tissue morphology, from the onset of regeneration all the way to the formation of complete animals. Furthermore, to directly probe the influence of mechanics on Hydra morphogenesis, we propose to apply various mechanical perturbations, and intervene with the axis formation process using external forces and mechanical constraints. Overall, the proposed work seeks to develop an effective phenomenological description of morphogenesis during Hydra regeneration, at the level of cells and tissues, and reveal the mechanical basis of this process. More generally, our research will shed light on the role of mechanics in animal morphogenesis, and inspire new approaches for using external forces to direct tissue engineering and advance regenerative medicine.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
32000 Haifa
Izrael