研究人員使用3D映射發(fā)現(xiàn)阻礙生物學的過程

當我們在皮膚上受傷時，我們體內(nèi)的細胞會迅速動起來進行修復。雖然已經(jīng)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(lǐng)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(zhuǎn)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(shù)中心(CEMB)博士后研究員Delaram Shakiba領(lǐng)導，發(fā)現(xiàn)了結(jié)締組織中成纖維細胞或常見細胞與細胞外基質(zhì)相互作用的方式，為細胞提供結(jié)構(gòu)支持以及生化和生物力學提示。研究小組發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)之間進行。

研究結(jié)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。”“我們發(fā)現(xiàn)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(yīng)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(lǐng)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(zhì)中吸收膠原蛋白?！薄拔覀儼l(fā)現(xiàn)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(cè)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(shù)學模型以完成工程流程，現(xiàn)在我們有了細胞遵循的基本規(guī)則?！薄拔覀儸F(xiàn)在可以開始設(shè)計特定的刺激，指導細胞以某種方式在構(gòu)建組織工程結(jié)構(gòu)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(diào)與膠原蛋白重構(gòu)有關(guān)的特定蛋白質(zhì)。

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(zhì)，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(nèi)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。”“我們可以停止重塑的發(fā)生，也可以增加重塑?！?/p>

該團隊使用了3D映射技術(shù)-首次將其應(yīng)用于膠原蛋白-以及計算模型來計算由細胞突起產(chǎn)生的3D應(yīng)變和應(yīng)力場。隨著細胞積累膠原蛋白，張力驅(qū)動的膠原蛋白重構(gòu)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。