像我們一樣，細(xì)胞也進(jìn)行交流。嗯，以他們自己特殊的方式。細(xì)胞利用波作為共同語(yǔ)言，告訴彼此何時(shí)何地移動(dòng)。他們交談、分享信息并一起工作——就像奧地利科學(xué)技術(shù)研究所(ISTA)和新加坡國(guó)立大學(xué)(NUS)的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)一樣。他們研究了細(xì)胞如何溝通，以及這對(duì)未來(lái)項(xiàng)目的重要性，例如應(yīng)用于傷口愈合。
當(dāng)你想到生物學(xué)時(shí)你會(huì)想到什么?動(dòng)物、植物、理論計(jì)算機(jī)模型?最后一個(gè)，你可能不會(huì)立即聯(lián)想到它，盡管它是生物學(xué)研究的一個(gè)主要部分。正是這些計(jì)算有助于理解復(fù)雜的生物現(xiàn)象，甚至是最隱藏的細(xì)節(jié)。ISTA教授EdouardHannezo應(yīng)用它們來(lái)理解生物系統(tǒng)中的物理原理。他的團(tuán)隊(duì)的最新工作為細(xì)胞如何在活組織內(nèi)移動(dòng)和交流提供了新的見(jiàn)解。
在攻讀博士學(xué)位期間，DanielBoocock與Hannezo以及新加坡國(guó)立大學(xué)的長(zhǎng)期合作者TsuyoshiHirashima一起開(kāi)發(fā)了一個(gè)詳細(xì)的新理論模型，該模型今天發(fā)表在《PRXLife》雜志上。它可以更好地理解遠(yuǎn)程細(xì)胞間通訊，并描述細(xì)胞彼此施加的復(fù)雜機(jī)械力及其生化活性。
細(xì)胞以波的方式進(jìn)行交流
假設(shè)您有一個(gè)覆蓋著細(xì)胞的培養(yǎng)皿——單層細(xì)胞。他們似乎只是坐在那里。但事實(shí)是它們會(huì)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，并且會(huì)自發(fā)地做出混亂的行為。”
愛(ài)德華·漢內(nèi)佐(EdouardHannezo)，ISTA教授
與音樂(lè)會(huì)上密集的人群類似，如果一個(gè)細(xì)胞向一側(cè)拉動(dòng)，另一個(gè)細(xì)胞會(huì)感知到這一動(dòng)作，并可以通過(guò)朝相同方向或向相反方向拉動(dòng)來(lái)做出反應(yīng)。然后信息可以在顯微鏡下可見(jiàn)的波中傳播和傳播。
“細(xì)胞不僅能感知機(jī)械力，還能感知它們的化學(xué)環(huán)境——細(xì)胞相互施加的力和生化信號(hào)，”Hannezo繼續(xù)說(shuō)道。“它們的交流是生化活動(dòng)、物理行為和運(yùn)動(dòng)的相互作用;然而，每種交流模式的范圍以及這種機(jī)械化學(xué)相互作用如何在活組織中發(fā)揮作用，迄今為止一直難以捉摸。”
預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)模式
在波浪視覺(jué)的驅(qū)動(dòng)下，科學(xué)家們的目標(biāo)是建立一個(gè)理論后續(xù)模型，以驗(yàn)證他們之前關(guān)于細(xì)胞如何從一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到下一個(gè)區(qū)域的理論。DanielBoocock解釋說(shuō)：“在我們?cè)缙诘墓ぷ髦校覀兿胍沂静ǖ纳镂锢砥鹪?，以及它們是否在組織集體細(xì)胞遷移中發(fā)揮作用。然而，我們沒(méi)有考慮組織的液固轉(zhuǎn)變、系統(tǒng)固有的噪聲或二維波的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。”
他們最新的計(jì)算機(jī)模型關(guān)注細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和組織的材料特性。布科克和漢內(nèi)佐利用它發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞如何進(jìn)行機(jī)械和化學(xué)通訊以及它們?nèi)绾我苿?dòng)。他們能夠復(fù)制在培養(yǎng)皿中觀察到的現(xiàn)象，驗(yàn)證基于物理定律的細(xì)胞通信的理論解釋。
測(cè)試?yán)碚?/p>
為了獲得實(shí)驗(yàn)證明，Boocock和Hannezo與生物物理學(xué)家TsuyoshiHirashima合作。為了嚴(yán)格測(cè)試新模型是否適用于真實(shí)的生物系統(tǒng)，科學(xué)家們使用了MDCK細(xì)胞(特定哺乳動(dòng)物腎細(xì)胞)的二維單層，這是此類研究的經(jīng)典體外模型。
“如果我們抑制允許細(xì)胞感知和產(chǎn)生力的化學(xué)信號(hào)通路，細(xì)胞就會(huì)停止移動(dòng)，并且通訊波不會(huì)傳播，”漢內(nèi)佐解釋道。“利用我們的理論，我們可以輕松改變復(fù)雜系統(tǒng)的不同組成部分，并確定組織的動(dòng)力學(xué)如何適應(yīng)。”
下一步是什么?
細(xì)胞組織在某些方面類似于液晶：它像液體一樣流動(dòng)，但像晶體一樣排列。布科克補(bǔ)充道：“特別是，生物組織的類液晶行為僅在獨(dú)立于機(jī)械化學(xué)波的情況下進(jìn)行了研究。”擴(kuò)展到具有復(fù)雜形狀的3D組織或單層細(xì)胞(就像活生物體一樣)是未來(lái)可能的研究途徑之一。
研究人員還開(kāi)始優(yōu)化傷口愈合方面的模型。在計(jì)算機(jī)模擬中，當(dāng)參數(shù)改善信息流時(shí)，治愈就會(huì)加速。Hannezo熱情地補(bǔ)充道：“真正有趣的是我們的模型對(duì)于活體細(xì)胞內(nèi)傷口愈合的效果如何。”
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