研究人員使用3D映射發(fā)現阻礙生物學的過程

當我們在皮膚上受傷時，我們體內的細胞會迅速動起來進行修復。雖然已經知道細胞如何治愈傷口以及如何形成疤痕，但是由圣路易斯華盛頓大學的研究人員領導的研究小組首次確定了這一過程的開始，這可能會為傷口愈合，纖維化和癌癥轉移提供新的見解。 。

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該團隊由McKelvey工學院NSF工程力學生物學科學與技術中心(CEMB)博士后研究員Delaram Shakiba領導，發(fā)現了結締組織中成纖維細胞或常見細胞與細胞外基質相互作用的方式，為細胞提供結構支持以及生化和生物力學提示。研究小組發(fā)現了一個遞歸過程，該遞歸過程在單元格及其周圍環(huán)境以及單元格中以前未知的結構之間進行。

研究結果于7月28日發(fā)表在ACS Nano上。該論文的資深作者是McKelvey工學院機械工程學教授Harold和Kathleen Faught的Guy Genin，以及美國生物化學和分子生物物理學名譽教授Elliot Elson。醫(yī)學院。

Shakiba說：“防止疤痕和纖維化等纖維收縮性疾病發(fā)展的臨床努力在很大程度上沒有成功，部分原因是不清楚細胞用來與周圍蛋白纖維相互作用的機制?！薄拔覀儼l(fā)現成纖維細胞在這些相互作用的早期階段(我認為是最可治療的)使用完全不同的機制，因此它們對藥物的反應可能與后期階段相反?！?/p>

CEMB的共同負責人Genin表示，這一過程使機械生物學研究人員陷入困境已有一段時間。

Genin說：“機械生物學領域的研究人員認為，細胞可以通過伸出長的突起，抓住并拉回來從細胞外基質中吸收膠原蛋白?！薄拔覀儼l(fā)現情況并非如此。細胞必須先通過膠原蛋白將其推出，然后再不進行抓緊，而是從手臂兩側射出細小的毛發(fā)或絲狀偽足，從而吸收膠原蛋白。方式，然后縮回?！?/p>

Genin說，既然他們了解了這一過程，就可以控制細胞的形狀。

他說：“與賓夕法尼亞大學CEMB的同事一起，我們能夠驗證一些數學模型以完成工程流程，現在我們有了細胞遵循的基本規(guī)則?！薄拔覀儸F在可以開始設計特定的刺激，指導細胞以某種方式在構建組織工程結構中發(fā)揮作用。”

研究人員了解到，他們可以通過兩種方式控制細胞的形狀：首先，通過控制細胞周圍的邊界，其次，通過抑制或上調與膠原蛋白重構有關的特定蛋白質。

成纖維細胞將傷口的邊緣拉在一起，使其收縮或閉合。然后，細胞中的膠原蛋白會重塑細胞外基質，從而完全閉合傷口。這就是機械生物學的作用。

Genin說：“新暴露于纖維蛋白的細胞內部的張力與壓縮之間存在平衡?！盙enin說：“肌動蛋白電纜存在張力，通過平衡，我們可以使這些突起變得非常長?！薄拔覀兛梢酝Ｖ怪厮艿陌l(fā)生，也可以增加重塑?！?/p>

該團隊使用了3D映射技術-首次將其應用于膠原蛋白-以及計算模型來計算由細胞突起產生的3D應變和應力場。隨著細胞積累膠原蛋白，張力驅動的膠原蛋白重構和排列導致膠原蛋白束的形成。這需要細胞之間的協(xié)同相互作用，細胞可以通過這種相互作用進行機械相互作用。