Ogni villo intestinale è composto da due principali compartimenti tissutali: uno strato superficiale epiteliale e un nucleo mesenchimale. L'intestino tenue del topo si forma al giorno 10 dell'embrione quando un foglio di endoderma si chiude e si sigilla per formare un tubo di epitelio circondato da cellule mesenchimali3. Questo tubo piatto di epitelio subisce una rapida proliferazione, crescendo sia in lunghezza che in circonferenza e subisce drammatici riarrangiamenti che comportano cambiamenti dinamici della forma cellulare1. Allo stesso tempo, il mesenchima circostante subisce anche molti processi di sviluppo tra cui la formazione del plesso vascolare, la differenziazione della muscolatura liscia e il reclutamento di neuroni enterici4. Nell'intestino tenue prossimale al giorno embrionale 14,5, iniziano a formarsi condensazioni (cluster) di cellule responsive a Hedgehog e PDGF adiacenti all'epitelio2,5. La formazione di cluster mesenchimali continua a diffondersi lungo la lunghezza dell'intestino in modo da coprire l'intero intestino tenue entro il giorno embrionale 16.52. Quando si formano i cluster mesenchimali, le cellule epiteliali più vicine ai cluster iniziano a ritirarsi dal ciclo cellulare, mentre le altre cellule epiteliali continuano a proliferare. Quelle cellule direttamente sopra il cluster mesenchimale che si sono ritirate dal ciclo cellulare iniziano a cambiare forma quando i villi emergenti si piegano nel lume. L'ulteriore crescita dei villi è guidata in parte dalla continua proliferazione dell'epitelio tra i villi emergenti. I cluster mesenchimali rimangono strettamente aderenti all'epitelio dei villi in crescita e continuano ad esprimere una varietà di molecole di segnalazione. L'ondata di emergenza dei villi si propaga lungo la lunghezza dell'intestino tenue in seguito alla formazione di ammassi mesenchimali. Man mano che l'intestino continua a crescere e la regione dell'interviglio si estende tra i villi emergenti, si formano nuovi cluster mesenchimali adiacenti all'epitelio intervigliare e ne conseguono ulteriori cicli di emersione e crescita dei villi6.
Lo sviluppo sincronizzato dell'epitelio e del mesenchima è essenziale per la morfogenesi dei villi. Le molecole di segnalazione vengono secrete da uno strato all'altro dove i recettori ricevono e trasducono il messaggio di segnale al fine di coordinare lo sviluppo tra l'epitelio e il mesenchima. I cluster mesenchimali fungono da centri di segnalazione ed esprimono una varietà di morfogeni dello sviluppo7-10. L'interruzione della formazione o del pattern dei cluster provoca la perdita dell'emergenza e del pattern dei villi. L'inibizione della segnalazione PDGF si traduce in un minor numero di cluster e meno villi e quei villi che si formano sono deformi a seguito dei cluster anomali11. La perdita del segnale di Hedgehog provoca la completa perdita della formazione di grappoli e il fallimento dell'emergenza dei villi2,12. Insieme, questi dati dimostrano che i cluster coordinano lo sviluppo dell'epitelio dei villi con il suo nucleo mesenchimale.
Utilizzando questo intero sistema di coltura di organi, siamo in grado di alterare la segnalazione coinvolta nel cross-talk a grappolo epitelio-mesenchimale per determinare il ruolo di tali segnali nella morfogenesi dei villi. Il sezionamento ottico confocale a due fotoni e la ricostruzione offrono la possibilità di visualizzare la formazione degli ammassi e l'emergere dei villi in tre dimensioni e di comprendere meglio le relazioni spaziali tra gli ammassi mesenchimali e il loro epitelio sovrastante. Estendendo il sistema di coltura a quattro dimensioni, possiamo catturare z-stack di cluster e villi in via di sviluppo nel tempo e osservare queste interazioni. In definitiva, la capacità di seguire lo sviluppo dei villi in questo modo e osservare i cambiamenti che si verificano con la segnalazione alterata rivoluzionerà la comprensione delle interazioni mesenchimali epiteliali nella morfogenesi dei villi
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