محققان کشف کردند که چگونه سلول ها از حس لامسه خود برای تصمیم گیری در طول جنین زایی استفاده می کنند

از

پروفسور اوتگر کامپس، خوشه برتری فیزیک زندگی دانشگاه TU Dresden

چیزی که هنوز در این مطالعه ثابت نشده است، این سوال پیچیده است که آیا – و اگر چنین است، چگونه – تغییر در سفتی در محیط جنینی باعث تغییر در وضعیت سلولی می شود یا خیر. بین ویژگی‌های مکانیکی ساختارهایی که سلول‌ها به طور جمعی می‌سازند، مانند بافت‌ها یا اندام‌ها، و تصمیماتی که آنها به‌طور جداگانه می‌گیرند، تأثیر متقابل وجود دارد، زیرا اینها به نشانه‌های مکانیکی بستگی دارد که سلول‌ها در بافت حس می‌کنند. این تعامل در هسته اصلی است. از چگونگی ساختن موجودات توسط طبیعت.”

با این حال، یک ظرف زیستگاه طبیعی سلول نیست. در هنگام ساخت یک ارگانیسم، سلول ها با داربست های مصنوعی در یک ظرف صاف در تماس نیستند، بلکه با مواد زنده پیچیده در سه بعدی تماس دارند.

مرجع مجله:

محققان در مقاله خود گزارش می دهند که چگونه سلول های یک جنین زنده به طور مکانیکی محیط خود را آزمایش می کنند و چه پارامترها و ساختارهای مکانیکی را درک می کنند. Campàs، رئیس بخش بافت می گوید: “ما چیزهای زیادی در مورد اینکه سلول ها چگونه نشانه های مکانیکی در یک ظرف را حس می کنند و به آنها پاسخ می دهند، می دانیم. با این حال، ریزمحیط آنها در یک جنین کاملاً متفاوت است و ما نمی دانستیم آنها چه نشانه های مکانیکی را در یک بافت زنده درک می کنند.” مدیر عامل Dynamics و PoL.

یک تیم تحقیقاتی در Cluster of Excellence Physics of Life of TU Dresden و دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، نشان می‌دهد که سلول‌ها چگونه محیط مکانیکی خود را هنگام ساختن بافت‌ها در طول جنین‌زایی حس می‌کنند.

مونگرا، ا. و همکاران (2022) مکانیک ریزمحیط سلولی که توسط سلول ها در داخل بدن در طی تمایز مزودرم پیشومیتی گورخرماهی بررسی شده است. مواد طبیعت. doi.org/10.1038/s41563-022-01433-9.



منبع

ما ابتدا بررسی کردیم که سلول‌ها چگونه محیط ریز خود را هنگام تمایز و ساختن محور بدن مهره‌داران، در حین تمایز، آزمایش مکانیکی می‌کنند. سلول ها از برجستگی های مختلفی برای فشار و کشیدن محیط خود استفاده می کردند. بنابراین ما اندازه گیری کردیم که آنها چقدر سریع و قوی فشار می آورند.”


ساختن بافت ها و اندام ها یکی از پیچیده ترین و ضروری ترین وظایفی است که سلول ها باید در طول جنین زایی انجام دهند. در این وظیفه جمعی، سلول ها از طریق انواع روش های ارتباطی، از جمله سیگنال های بیوشیمیایی – شبیه به حس بویایی سلول – و نشانه های مکانیکی – حس لامسه سلول، ارتباط برقرار می کنند. محققان در رشته های مختلف برای دهه ها مجذوب ارتباطات سلولی شده اند. پروفسور اوتگر کامپس به همراه همکارانش از خوشه تعالی فیزیک زندگی (PoL) در دانشگاه فنی درسدن و از دانشگاه کالیفرنیا سانتا باربارا (UCSB) اکنون توانسته‌اند راز دیگری پیرامون این سوال که سلول‌ها چگونه از حس خود استفاده می‌کنند را کشف کنند. لمس برای تصمیم گیری های حیاتی در طول جنین زایی. مقاله آنها اکنون در مجله منتشر شده است مواد طبیعت.

آزمایش محیط اطراف

در دهه گذشته، گروه تحقیقاتی پروفسور کامپاس نشانه های مکانیکی را که سلول ها را در بافت های پیچیده جنین هدایت می کند، کشف کرد. محققان با استفاده از یک تکنیک منحصر به فرد توسعه یافته در آزمایشگاه خود، می توانند بافت زنده را به روشی مشابه سلول ها بررسی کنند و متوجه شوند که سلول ها چه ساختارهای مکانیکی را حس می کنند.

Technische Universität Dresden

یافته‌های این مطالعه ممکن است پیامدهای مهمی برای مهندسی بافت داشته باشد. مواد بالقوه‌ای که ویژگی‌های فوم مانند بافت جنینی را تقلید می‌کنند، برخلاف داربست‌های پلیمری مصنوعی یا ژلی که به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، ممکن است به محققان اجازه دهند تا بافت‌ها، اندام‌ها و ایمپلنت‌های مصنوعی قوی‌تر و پیچیده‌تری را در آزمایشگاه با هندسه‌ها و کاشت‌های مناسب ایجاد کنند. مشخصات مکانیکی برای عملکردهای مورد نظر

برای عملکرد این سلول‌های جنینی، وضعیت فیزیکی جمعی آن‌ها بسیار مهم است، که کامپاس و گروه تحقیقاتی‌اش در مقاله قبلی آن را به عنوان یک فوم فعال توصیف کردند که از نظر قوام شبیه به کف صابون یا کف آبجو است، با سلول‌هایی که توسط چسبندگی سلولی به هم چسبیده شده‌اند و کشیدن همدیگر کمپاس و تیم تیم دریافتند آنچه سلول ها به طور مکانیکی بررسی می کنند، وضعیت جمعی این “فم زنده” است – چقدر سفت است و مجموعه چقدر محدود است. و درست در لحظه‌ای که سلول‌ها متمایز می‌شوند و تصمیم می‌گیرند سرنوشت خود را تغییر دهند، تغییری در خواص مادی بافتی که آنها درک می‌کنند، رخ می‌دهد.» به گفته وی، در لحظه ای که سلول های درون بافت در مورد سرنوشت خود تصمیم می گیرند، بافت دچار سفتی می شود.

پیش رفتن

منبع:

آنها با استفاده از یک قطره نفت فرومغناطیسی که بین سلول‌های در حال توسعه قرار داده و آن را در معرض یک میدان مغناطیسی کنترل‌شده قرار دادند، توانستند این نیروهای کوچک را تقلید کنند و واکنش مکانیکی سلول‌های اطراف را اندازه‌گیری کنند.

حس کردن ساختار بافت و سلول ها سرنوشت را تغییر می دهد

درمان‌های مکانیکی به سلول‌ها کمک می‌کند تا تصمیم‌های مهمی بگیرند، مانند تقسیم یا عدم تقسیم، حرکت یا حتی تمایز، فرآیند تمایز که طی آن سلول‌های بنیادی به سلول‌های تخصصی‌تری تبدیل می‌شوند که قادر به انجام عملکردهای خاص هستند. کارهای قبلی نشان داد که سلول‌های بنیادی که روی یک بستر مصنوعی قرار می‌گیرند برای تصمیم‌گیری به شدت به نشانه‌های مکانیکی متکی هستند: سلول‌های روی سطوح با سفتی شبیه به استخوان‌ها به استئوبلاست (سلول‌های استخوانی) تبدیل شدند، در حالی که سلول‌های روی سطوح با سفتی مشابه بافت مغز به نورون تبدیل شدند. این یافته‌ها زمینه مهندسی بافت را بسیار پیشرفته کرد زیرا محققان از این نشانه‌های مکانیکی برای ایجاد داربست‌های مصنوعی برای متقاعد کردن سلول‌های بنیادی برای رسیدن به نتایج مطلوب استفاده کردند. امروزه از این داربست ها در انواع کاربردهای زیست پزشکی استفاده می شود.

از ظرف تا جنین زنده