研究人员发现胚胎细胞如何感知他们的机械环境集体组织形式

建立组织和器官是最复杂和最重要的任务之一,细胞必须完成在胚胎发生。单个细胞不做出这些决策;相反,构建组织细胞是一个集体的任务,需要不断地相互通信。存在不同的通信方法,包括化学线索,类似于细胞的嗅觉,还有机械信号,细胞的触觉。在各种领域的研究者几十年来一直着迷于细胞通讯,已经发现了细胞如何利用生化信号的目的。然而,细胞如何使用他们的触觉在胚胎发生决策仍然是一个谜。

试试教授坎是那些研究人员之一。现在,在《华尔街日报》发表的一篇论文自然材料,他和他的研究小组让我们更近一步解开这个谜。完成这项工作,主要是在加州大学圣芭芭拉分校研究人员报告如何细胞生活中的胚胎机械测试他们的环境和他们感知什么力学参数和结构。

“我们知道了很多关于如何做细胞在培养皿中感知和响应机械信号,但我们知之甚少胚胎内细胞如何做,他们的微环境是截然不同的,”坎说,现在生活的物理学教授(PoL)卓越的集群Technisiche德累斯顿大学,在那里他把椅子的组织动力学和作为董事总经理波尔。

这种集体机械传感帮助细胞重要的决定,如是否将移动甚至区分,的过程干细胞变成更专门的细胞能够执行特定的功能。几年前的一个主要线索浮出水面,当它发现干细胞放在合成subtrate严重依赖机械线索做出他们的决定:细胞表面刚度近似成为成骨细胞骨(骨细胞),而细胞表面刚度相似的大脑组织成为神经元。研究结果极大地先进的组织工程领域的研究人员使用这些机械提示创建合成支架诱导干细胞发展成期望的结果。这些支架现在使用广泛的生物医学应用。

但一道菜或合成支架细胞的自然栖息地。细胞存在于组织非常复杂的力学特性,坎说。机械什么线索细胞感知在胚胎时建立一个。外部支架和推动对另一个在三维空间中,仍然未知。

直到现在。使用一个独特的工具开发的坎实验室,研究人员能够探索细胞的原生机械胚胎和找出物理量细胞内部环境感知的追求决定成为什么。

“我们首先研究了细胞在分化时机械测试他们的微环境和构建人体脊椎动物的轴,区分,”坎帕表示。“细胞使用不同突起推和拉他们的环境。所以我们量化速度和强大的推动。”使用一个ferromagnetic oil droplet that they inserted between developing cells and subjected to a controlled magnetic field, they were able to mimic these tiny forces and measure the mechanical response of the cells' surroundings.

这些的关键胚胎细胞的行动是他们共同的物理状态,坎帕和他的研究小组发现在以前的论文是一个活跃的泡沫,类似肥皂泡沫或啤酒泡沫的一致性,与细胞簇在一起,彼此坚持和牵引。细胞是什么机械探测、坎和团队发现,是集体的“活泡沫”——这是僵硬和如何在组合相当比刚度的单个细胞或结构。

”,就在此刻,细胞分化和决定改变自己的命运,有组织的材料特性的变化,他们认为,”坎帕表示。根据他的说法,目前组织内的细胞决定他们的命运,组织降低其刚度。

没有在本研究证明的是是否和如果是这样,如何改变刚度在胚胎环境驱动细胞状态的变化。这是一个复杂的主题是探讨在未来的研究中,坎说。”之间存在着相互作用的结构细胞的力学特性共同构建,如组织或器官,以及他们的决策。这种相互作用是如何自然的核心构建生物。”

来自本研究的发现可能也为组织工程具有重要意义。潜在的材料,模仿的泡沫状特征胚胎组织,而不是广泛使用的合成聚合物或凝胶支架,可以使研究人员创造更多的健壮且成熟的合成组织、器官和植入物在实验室里,用适当的几何和力学特性所需的功能。