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3d组织形成的基础机制

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-03-13浏览次数:1737

如果你想建立一个器官,比如移植,你需要用3D思考。

使用干细胞,科学家已经能够在实验室中生长器官的一部分,但这与构建真实的,完全成形的功能性三维器官相差甚远。

对于再生医学和发育生物学的学生来说,这就是了解细胞如何弯曲和移动以形成器官和身体组织的原因。

现在,京都大学边境生命和医学科学研究所的一个团队对于经历机械应变的球形细胞如何形成眼球形结构有了新的认识。

该研究小组在科学进步中发现,通过感知整个组织变形产生的机械力,各个细胞一起形成一个原始的杯形结构 - 一个“视角”。

“过去,我们通过培养胚胎干细胞ES细胞成功地制造了一个杯子。为了形成一个球体,组织需要首先从原始脑组织突出,然后在内部侵入它,“第一作者Satoru Okuda解释道。

“目前尚不清楚个体细胞如何感知和调节自身以形成这种形状。”

该团队开发了一种计算模拟,可以计算三维组织结构的形成。利用这些知识和过去的实验数据,他们构建了一个虚拟的前驱眼,并能够预测驱动球形细胞的物理特性。

他们的研究结果表明,在视杯形成过程中,会产生一种细胞分化模式 - 将细胞推入杯中 - 导致一部分细胞自发地折叠到组织中。由“自弯曲”引起的这种力传播到其他细胞感知到应变的边界区域。

“光学杯边缘的组织变形和应变的结合创造了一个铰链,进一步推动弯曲的细胞,”奥田继续说,“导致杯形结构。”

“下一步是使用实际的ES细胞来验证这种预测。”

使用培养的小鼠ES细胞,该团队在特定点应用机械应变,并很高兴在模拟中发现他们预测的钙响应,机械反馈和细胞形状变化。

这些发现揭示了机械力在塑造器官中的新作用,这对于复杂组织的形成至关重要,甚至在培养皿中也是如此。该小组将继续调查这些力量,并寻求继续推进再生医学领域。

“尽管我们的研究显示了在体外控制器官形状的可能性 - 使用基于预测的适当机械刺激 - 目前的技术仍然有限,”首席科学家Mototsugu Eiraku总结道。

“我们希望提高模拟的预测准确性,并在未来重建更复杂的组织和器官。”