细胞如何控制胚胎组织的物理状态

在生命的早期,动物接受他们的一些最壮观的物理转换。只是blob细胞分裂后,他们开始重新安排到自己更多的形式特征,他们是鱼、鸟和人类。了解细胞共同行动来构建组织一直在物理学和生物学的一个基本问题。

现在,加州大学圣芭芭拉分校教授试试坎,他还持有Mellichamp椅子在系统生物学和生物工程,Sangwoo金正日,博士后在坎教授实验室,已接近这个问题,以惊人的发现。

“当你有许多细胞生理上相互作用,系统集体表现如何?整体的物理状态是什么?”坎说。

的确,他解释说,胚胎细胞组织是一个“奇怪的材料,每个细胞消耗化学能和使用它的力量应用于邻国和协调他们的行动。体外研究细胞合成菜只提供图片的一部分,他说;通过研究细胞的原生环境,活着的胚胎,他们可以发现细胞如何控制他们的集体状态和出现的相变推和拉的交响乐。

在一篇发表在《自然物理、坎、金和他的同事报告计算框架的发展,捕捉各种细胞之间的相互作用和连接他们的胚胎组织动力学。不同于以往的模拟,这个框架考虑几个关键特性与细胞相互作用,如空间细胞间、细胞形状和张力波动细胞相遇的地方。

“完全理解胚胎组织的物理行为,所有关键方面的胚胎组织细胞尺度模型中应考虑作为紧急组织属性来源于相互作用在细胞,”Kim说,这项研究的第一作者。“有许多模型来研究胚胎组织,但没有通用的框架,包括那些关键特性,阻碍胚胎组织的整体理解的物理行为。”

抖动的细胞

胚胎组织,据研究人员介绍,表现身体有点像一个水泡沫,组成的一个系统个人口袋里的空气扎堆于液体。认为肥皂泡沫或啤酒泡沫。

“在泡沫的情况下,其结构和动力学是由表面张力,”金说。类似部队发现,细胞接触到对方在胚胎组织中,在内部面临的细胞膜和细胞之间。

“有效的力量作用于细胞间连接由皮质紧张和细胞间粘连,”金说,“所以合力细胞间接触可以建模为一个有效的表面张力。”

但是,与静态力量之间细胞典型的泡沫越多,细胞在胚胎组织中是动态之间的力量。

“细胞在组织不产生静态力量,而是显示随时间动态推和拉,”坎解释道。”,我们发现它实际上是这些张力波动,有效地“融化”组织成液体状态。”It is this fluidity of the tissue that allows cells to reorganize and shape the tissues, he explained.

研究人员把他们的模型测试通过测量在斑马鱼胚胎部队如何改变随着时间的推移,一个受欢迎的模式生物的研究脊椎动物发展。依靠技术开发的坎实验室使用微小的磁性液滴之间插入在斑马鱼胚胎细胞,他们能够确认,顺便液滴变形,背后的动态力量的流体状态组织。

他们发现张力波动的流动性负责组织在开发过程中普遍接受的观点形成鲜明对比,改变细胞间粘附的关键因素是控制组织的流动性——如果细胞之间的附着力达到一定阈值高,组织将成为液体。

”但由于波动在胚胎细胞力量和紧张,这可能是这些组织流化中扮演了重要的角色,”坎帕表示。“所以当我们运行模拟和实验中,我们意识到实际上的抖动是更重要的比附着流化。”The fluid state of the tissue is the result of the dynamics of forces, rather than changes in static cell tension or adhesion.

本研究的发现可能在物理领域产生影响,特别是在活性物的领域——系统的许多个体单位,每消耗能量和应用机械力量,共同表现出紧急的集体行为。这项研究也可以通知生物学的研究,在调查的单个细胞的变化参数可以控制全球的组织与胚胎发育或肿瘤等。

参考:金,Pochitaloff M, Stooke-Vaughan GA,坎o .胚胎组织活跃的泡沫。Nat phy。2021:1-8。doi:10.1038 / s41567 - 021 - 01215 - 1

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。