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     时间:2021-01-26 18:05:15  来源:

    多伦多大学的工程师和一名儿科外科医生共同发现压力和张力等物理力会影响胚胎四肢的发育。这项研究有一天可以用来帮助预防先天性缺陷。

    包括T机械工程师Yu Sun(MIE),T生物工程师Rodrigo Fernandez-Gonzalez(IBBME)和SickKids Hospital的Sevan Hopyan博士在内的团队使用实时成像和计算机模型研究了机械力之间的联系,胚胎中细胞形状和细胞运动的变化。

    他们的研究发表在本周的自然细胞生物学上,它使用了最先进的技术来获得对手臂和腿部发育基本过程的宝贵见解。

    规划“原始肢体”的增长

    胚胎的形状像球形,然后长成四肢,形成复杂的形状。在早期胚胎发育中,细胞分为三层:

    外胚层形成神经系统,皮肤和感觉器官;中胚层产生骨骼,肌肉和大部分主要器官;内胚层变成人体的呼吸道和排泄系统。

    在这项研究中,研究小组研究了外胚层中促进肢体发育的细胞行为。他们使用了独特的工具,包括微凿刻蚀激光,原子力显微镜和逐层计算机模型,以前所未有的细节探索了肢体的早期阶段。

    他们发现,随着细胞分裂和发展,它们彼此之间的交流方式以及三层细胞运动所产生的压力会影响肢芽的形成。 。

    孙教授说:“我们发现了惊人的证据,证明机械力如何调节外胚层中细胞的重塑,以及当外胚层发展时,应力场如何发生变化。”

    在进行这项工作之前,科学家和工程师还没有工具和技术来了解组织尺度和小组细胞形状的变化。

    由于他们的发现,研究人员知道,两个主要的细胞层,外胚层和中胚层,在机械和生化方面彼此对话,即通过分子来回穿梭。这种交流与胚胎的变化有关。

    来自电池世界的工程见解

    Fernandez-Gonzalez说:“两个组织在机械上相互作用并且这种相互作用影响细胞行为的想法真令人兴奋。”

    为了测量机械力,作者使用了从制造和工程领域借来的技术,包括使用激光切割细胞之间的界面。

    费尔南德斯-冈萨雷斯说:“如果您用手握住橡皮筋,然后在松动时将其剪断,则什么也不会发生。”“但是如果您拉紧橡皮筋,当我剪断橡皮筋时,您的手会弹回。他解释说,这基本上就是细胞边界发生的情况。

    霍普扬说:“我们知道一些对胚胎的结构至关重要的基因,这些基因对于继续发育至关重要,但我们不知道这些途径与细胞的运动如何联系在一起。”

    预防肢体缺损的途径

    他们的研究是在非常基础的水平上完成的,研究小组说,这将使他们和其他人采取重要的进一步措施,例如测量细胞内和细胞间的作用力。

    该研究还为创建更好的细胞重塑和四肢早期发育的可能性铺平了道路。

    Hopyan说:“这项研究有一天可能会在潜在的医学应用中用于防止肢体变形。”

    这项工作是研究团队首次将生物物理方法应用于活哺乳动物的细胞和组织力学研究之一。

    该研究领域可能的长期结果可能会产生一种药物,该药物可以改变胚胎细胞的机械应力,修复原本会变形的肢体。

     

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