De dikke-darmwand zit nog ingewikkeld in elkaar (afb: quizlet.com)

Elke dag vervangt je lichaam miljarden cellen en toch blijven je weefsels, normaal gesproken, prima functioneren. Hoe dat mogelijk is hebben onderzoekers van het Helen F. Graham-kankercentrum en de universiteit van Delaware onderzocht en ze denken het nu te weten: vijf regels houden de ordening in een weefsel op orde, zodat die goed blijven functioneren. Die regels vonden ze via simulaties met rekenmodellen voor de dikke darm.
Dit onderzoek is de vrucht van meer dan vijftien jaar samenwerking tussen wiskundigen en kankerdeskundigen om de regels te ontrafelen die de weefselstructuur en het cellulaire gedrag bepalen.
“Dit zou de biologische versie van een blauwdruk kunnen zijn”, zegt Bruce Boman van de universiteit van Delaware. “Net zoals we een genetische code hebben die verklaart hoe onze genen werken, hebben we mogelijk ook een ‘weefselcode’ die verklaart hoe ons lichaam in de loop van de tijd zo nauwkeurig georganiseerd blijft.”
De onderzoekers gebruikten wiskundige modellering om uit te vinden welke regels die ‘ordening’ in stand houden. Ze keken dan met name naar de zeer georganiseerde structuur van de dikke darmwand. Dat is een ideale plek om te bestuderen. Cellen in de dikke darm vernieuwen zich elke paar dagen, maar de algehele vorm en structuur blijven opmerkelijk stabiel.

Na vele simulaties te hebben uitgevoerd en hun modellen te hebben verfijnd, kwamen de onderzoekers (zoals verklapt) uit op die vijf biologische kernregels die volgens hen de structuur en het gedrag van cellen lijken te bepalen:
– Het tijdstip van celdeling.
– De volgorde waarin cellen zich delen.
– De richting waarin cellen zich delen en bewegen.
– Hoe vaak cellen zich delen.
– Hoe lang een cel leeft voordat die sterft.

“Deze regels werken samen als een choreografie”, zegt Gilberto Schleiniger, van de faculteit Wiskunde van de universiteit van Delaware. “Ze bepalen waar cellen naartoe gaan, wanneer ze zich delen en hoe lang ze blijven. Dat zorgt ervoor dat weefsels eruitzien en functioneren zoals ze zouden moeten.”

Gelden niet alleen voor dikke darm

De onderzoekers denken dat deze regels niet alleen van toepassing zijn op de dikke darm, maar op veel verschillende weefsels in het hele lichaam: huid, lever, hersenen en daarbuiten. Als dit klopt, zou deze ‘weefselcode’ wetenschappers kunnen helpen beter te begrijpen hoe weefsels genezen na een verwonding, hoe geboorteafwijkingen ontstaan en hoe ziekten zoals kanker zich ontwikkelen wanneer die code verstoord raakt.

Boman: “Je weefsels groeien en krimpen niet zomaar willekeurig. Ze weten hoe ze eruit moeten zien en hoe ze in die toestand terug moeten komen, zelfs na beschadiging. Voor dat niveau van precisie is een reeks instructies nodig. Wat we hebben gevonden, is een sterke kandidaat voor die instructies.”

Dit werk heeft ook belangrijke gevolgen voor de menselijke celatlas, een wereldwijde wetenschappelijke samenwerking die werkt aan het in kaart brengen van elk celtype in het menselijk lichaam. Hoewel die atlas tot doel heeft te catalogiseren wat elke cel is en wat hij op een bepaald moment doet, biedt dit nieuwe onderzoek een dynamisch kader om te begrijpen hoe die cellen in de loop van de tijd georganiseerd blijven.
Door eenvoudige, universele regels te identificeren die het celgedrag en de weefselstructuur bepalen, kunnen de bevindingen toekomstige inspanningen helpen sturen om cellen niet alleen te beschrijven, maar ook te voorspellen hoe ze zich gedragen in gezondheid en ziekte.

Een van de redenen waarom de onderzoekers zich baseren op wiskundige modellen (rekenmodellen) in plaats van ouderwets biologisch speurwerk is dat het extreem moeilijk is om te observeren hoe elke afzonderlijke cel in een weefsel zich in de tijd gedraagt. Met rekenmodellen kunnen onderzoekers simulaties uitvoeren die patronen en dynamieken onthullen die aan het oog onttrokken zijn, maar dan moet dat rekenmodel wel kloppen, natuurlijk, met de biologische werkelijheid.

In het vervolg gaan de onderzoekers proberen uit te vinden in hoeverre de rekenmodellen die werkelijkheid hebben weergegeven. “Dit is nog maar het begin”, zegt Schleiniger. “Zodra je de regels kunt identificeren, kun je geheel nieuwe vragen gaan stellen en misschien zelfs leren hoe je kunt herstellen wat er mis is gegaan.”

Bron: phys.org