




AbMole界面力學(xué)交互作用:驅(qū)動多層組織形態(tài)發(fā)生的新機(jī)制.docx 免費(fèi)下載
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AbMole|界面力學(xué)交互作用:驅(qū)動多層組織形態(tài)發(fā)生的新機(jī)制在生物學(xué)領(lǐng)域,形態(tài)發(fā)生是一個涉及多種生理和病理變化的空間和時間上受調(diào)控的過程。除了生化因素,物理因素在形態(tài)發(fā)生中的調(diào)控作用也日益受到關(guān)注。然而,形態(tài)發(fā)生的初始驅(qū)動力仍然是一個未解之謎。最近的研究通過結(jié)合生物實驗、理論分析和數(shù)值模擬,揭示了多層組織生長過程中,由層間界面力學(xué)相互作用產(chǎn)生的壓縮梯度如何自組織地啟動形態(tài)發(fā)生過程。來自北京航空航天大學(xué)工程醫(yī)學(xué)院,生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的TailinChen,YanZhao,XinbinZhao等多名研究人員發(fā)表了題為《Self-OrganizationofTissueGrowthbyInterfacialMechanicalInteractionsinMultilayeredSystems》的研究成果。在該文章中,研究人員引用了AbMole的NSC23766(目錄號M6282)、Y-27632dihydrochloride(目錄號M1817)。AbMole(奧默生物)提供高品質(zhì)抑制劑、細(xì)胞因子、人源單抗、天然產(chǎn)物、熒光染料、多肽、化合物庫。實驗結(jié)果表明,在低流動性組織中,隨著生長的進(jìn)行,壓縮梯度逐漸增強(qiáng),并通過觸發(fā)細(xì)胞分裂方向從對稱到非對稱的轉(zhuǎn)變來誘導(dǎo)組織分層。而在高流動性組織中,壓縮梯度是動態(tài)的,它誘導(dǎo)細(xì)胞重新排列,導(dǎo)致二維平面形態(tài)發(fā)生而不是三維變形。通過操縱組織流動性、細(xì)胞粘附力和機(jī)械性能,可以調(diào)節(jié)形態(tài)發(fā)生,影響壓縮梯度的發(fā)展,這在培養(yǎng)的細(xì)胞片和雞胚發(fā)育中都有所體現(xiàn)。圖1在臨界大小的生長單克隆細(xì)胞片中出現(xiàn)3D形態(tài)發(fā)生。研究者們觀察到,在雞羽毛毛囊形態(tài)發(fā)生過程中,表皮層的發(fā)育伴隨著從二維單層到三維多層的轉(zhuǎn)變。實驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)表皮和真皮層結(jié)合培養(yǎng)時,毛囊原基在第二天就會出現(xiàn),而單獨(dú)培養(yǎng)的表皮細(xì)胞片則無法分層,也沒有原基形成,這表明表皮和真皮層之間的相互作用對表皮細(xì)胞片的形態(tài)發(fā)生過程至關(guān)重要。此外,隨著表皮從單層向多層演變,表皮細(xì)胞的形狀從扁平變?yōu)橹鶢?,與胚胎發(fā)育階段和表皮細(xì)胞層數(shù)的增加相關(guān)。為了研究層間界面力學(xué)相互作用在組織形態(tài)發(fā)生啟動中的作用,研究者們開發(fā)了一個簡單的薄膜/基質(zhì)系統(tǒng),由一個自由生長的單克隆細(xì)胞片和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)組成。通過連續(xù)的活體成像,觀察到在細(xì)胞片達(dá)到一個恒定的臨界大小時(直徑約1479微米),會穩(wěn)定地觀察到從二維單層到三維多層的轉(zhuǎn)變。這一臨界尺寸對于給定的細(xì)胞類型是相對恒定的,表明這是一個自組織的機(jī)制。圖2臨界壓迫觸發(fā)細(xì)胞分裂重新定位以誘導(dǎo)組織分層。通過理論分析,研究者們提出了一個模型,解釋了細(xì)胞片在基質(zhì)上生長時,由于細(xì)胞增殖引起的細(xì)胞片擴(kuò)張,會在細(xì)胞片和基質(zhì)層之間產(chǎn)生界面剪切應(yīng)力(ISS)。由于ISS的方向與相鄰層之間的相對運(yùn)動相反,細(xì)胞片會受到指向中心的ISS作用,這與先前的研究結(jié)果一致。因此,細(xì)胞片中心區(qū)域的細(xì)胞會比其它區(qū)域的細(xì)胞承受更高的壓縮水平,這通過實驗得到了證實。進(jìn)一步的實驗驗證了壓縮梯度的存在,通過劃痕實驗和牽引力顯微鏡(TFM)分析,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞片中心區(qū)域的細(xì)胞在劃痕后顯示出更快的擴(kuò)張和遷移速度,表明壓縮應(yīng)變的釋放。此外,通過理論分析,研究者們還預(yù)測了細(xì)胞片達(dá)到三維形態(tài)發(fā)生的臨界尺寸,這取決于細(xì)胞片和基質(zhì)的機(jī)械性能以及它們之間的相互作用。通過有限元模擬,研究者們發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓縮應(yīng)變超過臨界值時,細(xì)胞-基質(zhì)相互作用的變化會顯著影響細(xì)胞片生長過程中的壓縮梯度。最后,研究者們還探討了組織流動性對二維到三維形態(tài)轉(zhuǎn)變的控制作用。通過比較HeLa和MDCK細(xì)胞在細(xì)胞片生長過程中的行為,發(fā)現(xiàn)MDCK細(xì)胞片在生長過程中表現(xiàn)出顯著的平面形態(tài)變化,而沒有表現(xiàn)出分層。相比之下,HeLa細(xì)胞片則表現(xiàn)出更穩(wěn)定的細(xì)胞面積,并且在達(dá)到臨界大小時發(fā)生了分層。這些結(jié)果表明,組織流動性在調(diào)節(jié)由層間界面力學(xué)相互作用驅(qū)動的形態(tài)發(fā)生中起著關(guān)鍵作用,高水平的組織流動性可能通過細(xì)胞在平面內(nèi)的運(yùn)動會阻止壓縮應(yīng)變能量的積累。圖3HeLa和MDCK細(xì)胞片在生長過
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