科技养生|利用三维绘图，研究人员发现了一个阻碍机械生物学的过程

【科技养生|利用三维绘图，研究人员发现了一个阻碍机械生物学的过程】

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当我们皮肤上有伤口时，我们体内的细胞就会迅速动员起来修复它。虽然人们已经知道细胞如何愈合伤口和疤痕是如何形成的，但由圣路易斯华盛顿大学(Washington University)的研究人员领导的一个团队首次确定了这一过程是如何开始的，这可能为伤口愈合、纤维化和癌症转移提供新的见解。
由麦凯维工程学院NSF工程机械生物学(CEMB)博士后德拉拉姆·沙基巴(Delaram Shakiba)领导的团队发现了成纤维细胞或结缔组织中常见细胞与细胞外基质相互作用的方式，细胞外基质为细胞提供了结构支持以及生化和生物力学线索。研究小组发现了一个递归的过程，这个过程发生在细胞和它们的环境之间，以及以前未知的细胞结构之间。
研究结果发表在ACS纳米7月28日。这篇论文的资深作者是麦凯尔维工程学院哈罗德和凯瑟琳·福特机械工程教授盖伊·吉宁和医学院生物化学和分子生物物理学荣誉教授埃利奥特·埃尔森。
沙基巴说：“防止纤维收缩疾病进展的临床努力，如疤痕和纤维化，在很大程度上是不成功的，部分原因在于细胞与周围的蛋白质纤维相互作用的机制尚不清楚。 ”“我们发现成纤维细胞在早期使用完全不同的机制--我认为这些相互作用的最可治疗阶段--因此，它们对药物的反应可能与后期的反应相反。 ”
GENIN是CEMB的联合主任，他说这一过程已经阻碍了一段时间的机械生物学研究。
“机械生物学领域的研究人员认为，细胞通过伸出长长的突起，抓住胶原并将其拉回来，从而从细胞外基质中提取胶原， ”Genin说。 “我们发现情况并非如此。细胞必须先从胶原蛋白中挤出出来，然后才能从手臂两侧射出细小的毛发或丝状足，然后再收缩，而不是抓住。 ”
Genin说，既然他们了解了这个过程，他们就可以控制细胞的形状。
他说：“与宾夕法尼亚大学CEMB的同事们一起，我们能够验证一些数学模型来完成工程过程，我们现在有了细胞遵循的基本规则。 ”“我们现在可以开始设计特定的刺激来引导细胞在构建组织工程结构时以某种方式运作。 ”
研究人员发现，他们可以通过两种方式控制细胞的形状：第一，通过控制细胞周围的边界；第二，通过抑制或上调参与胶原重塑的特定蛋白质。
成纤维细胞将伤口边缘拉在一起，使伤口收缩或闭合。细胞中的胶原然后重塑细胞外基质，完全关闭伤口。这就是机械生物学发挥作用的地方。
Genin说：“在新近接触到纤维蛋白的细胞内，在张力和压力之间有一种平衡。 ”“肌动蛋白电缆中存在张力，通过平衡，我们可以使这些突起长得非常长， ”Genin说。 “我们可以阻止改造的发生，或者我们可以增加它。 ”
研究小组使用了三维映射技术--这是第一次将它应用于胶原蛋白--同时还使用了一个计算模型来计算细胞突起所产生的三维应变和应力场。随着细胞胶原的积累，胶原纤维的张力驱动重塑和排列导致胶原纤维束的形成。这需要细胞间的协同作用，通过这种相互作用，细胞可以机械地相互作用。
Elson说：“显微镜、组织工程和生物力学建模的新方法极大地提高了我们对细胞改变和修复所植入组织的机制的理解。 ”纤维细胞结构产生和引导压力，压缩和重新定向细胞外纤维环境。这就提出了关于这些功能的分子机制以及细胞如何调节它们所施加的力以及它们如何控制基质变形程度的新问题。
“伤口愈合是一个很好的例子，说明这些过程在生理上是多么重要， ”Genin说。 “我们将能够对如何训练细胞，使其周围的胶原蛋白不被过度压缩而产生洞察力。 ”