研究人员揭示了胚胎发育过程中组织和器官是如何雕刻的

曾经想知道当你只是一个胚胎时，细胞群如何能够建立你的组织和器官?

加州大学圣巴巴拉分校的研究员OtgerCampàs和他的团队利用他开发的最先进的技术，揭开了这个长期存在的神秘面纱，揭示了胚胎如何构建的令人惊讶的内部工作。该研究及其技术不仅为现代时代带来了一个具有百年历史的假设，而且为研究人员提供了研究人类健康关键的其他问题的基础，例如癌症如何形成和传播，或如何设计器官。

“简而言之，我们发现了细胞用来将胚胎组织塑造成功能性三维形状的基本物理机制，”坎帕斯说，他是UCSB工程学院的机械工程教授，他在系统中担任Duncan&Suzanne Mellichamp主席。生物学。他的小组研究生命系统如何自我组织以建立自然界中发现的显着结构和形状。

细胞通过交换生化信号进行协调，但它们也相互支持并相互推动，以构建我们需要生存的身体结构，例如眼睛，肺和心脏。而且，事实证明，雕刻胚胎离玻璃成型或3D打印并不远。在他们的新作品中，“自然”中发表的“流体到固体干扰转变是脊椎动物身体轴伸长的基础”，Campàs及其同事发表的文章显示，细胞集体以受控的方式从流体状态转变为固体状态，以构建脊椎动物胚胎，以类似于我们如何将玻璃模塑成花瓶或三维打印我们最喜欢的项目。或者，如果您愿意，我们可以从内部进行3-D打印。

大多数物体都是以液体开始从金属结构到明胶甜点，它们的形状是通过将熔化的原始材料倒入模具中，然后冷却它们以获得我们使用的固体物体而制成的。正如在Chihuly玻璃雕塑中，通过仔细熔化玻璃部分以使其慢慢地重塑为生命而制成，胚胎的某些区域中的细胞更活跃并且将组织“融化”成可以重构的流体状态。Campàs解释说，一旦完成，细胞就会“降温”以解决组织形状。

Campàs说：“从流体到实体组织的转变表明，我们观察到物理学中称为'干扰'。”“干扰过渡是一种非常普遍的现象，当无序系统中的颗粒(例如泡沫，乳液或玻璃)被迫在一起或冷却时发生。”

这一发现是由Campàs及其团队先前开发的技术实现的，用于测量胚胎内细胞之间的力，并在细胞构建组织和器官时对细胞施加微小的力。研究人员使用斑马鱼胚胎，有利于它们的光学透明度，但发展与人类对应物一样，研究人员在生长组织的细胞之间放置了一小滴特殊设计的铁磁性液体。球形液滴随着周围细胞的推拉而变形，使研究人员能够看到细胞相互施加的力。并且，通过使这些液滴具有磁性，它们还可以对周围的细胞施加微小的应力，以观察组织的反应。

“由于在微小的胚胎中插入微型探针的挑战，我们能够测量以前无法测量的物理量，”该论文的第一作者，博士后研究员Alessandro Mongera说。

“像其他脊椎动物一样，斑马鱼从很大程度上没有形状的细胞群开始，需要将身体转变成细长的形状，头部在一端，尾部在另一端，”Campàs说。这个过程背后细胞的物理重组一直是个谜。令人惊讶的是，研究人员发现制造组织的细胞集体在物理上像泡沫一样(是的，如在啤酒泡沫中)，在发育期间卡住以“冻结”组织结构并设定其形状。

这些观察结果证实了维多利亚时代的苏格兰数学家D'Arcy Thompson在100年前的开创性着作“成长与形式”中所做出的卓越直觉。

“他确信一些赋予惰性材料形状的物理机制也可以起到塑造生物体的作用。值得注意的是，他将细胞群与泡沫相比较，甚至将细胞和组织的形状与玻璃吹制成比较，”Campàs说。Campàs补充说，一个世纪以前，没有任何工具可以直接测试汤普森提出的想法，尽管汤普森的工作至今仍被引用。

新的自然论文也提供了一个起点，坎帕斯集团的研究人员可以从中开始探讨胚胎发育和相关领域的其他过程，例如肿瘤如何物理侵入周围组织以及如何设计具有特定三维形状的器官。

“癌症的一个标志是两种不同组织结构之间的过渡。这种过渡原则上可以解释为从固体状态到类似流体的组织状态的异常转换，”Mongera解释说。“目前的研究有助于阐明这种转变背后的机制，并强调一些潜在的可药物目标，以阻止它。”

郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如有侵权行为，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。