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胚胎工程师指南

2019-05-21 10:20:45 • 来源：

在大约48小时内，受精青蛙卵的单细胞将经历巨大变化，以发展重要的身体部位，如肌肉，骨骼，眼睛，心脏和蝌蚪尾巴。科学家们一直在研究这一过程，以更好地了解人类发育，先天缺陷和癌症，并推进类器官生成和细胞替代疗法等技术。科学家们可以破坏胚胎发育，暂停胚胎发育并加速胚胎发育;但是，它们无法准确解释开发的工作原理。在美国国立卫生研究院(NIH)的支持下，匹兹堡大学的生物工程师正在努力了解鸡蛋内部的情况。

胚胎工程师指南

美国国立卫生研究院健康与人类服务部授予皮特斯旺森工程学院生物工程学教授Lance Davidson 1,327,207美元，用于他的研究“形态发生的生物力学”。戴维森博士是匹兹堡大学MechMorpho实验室的负责人，他的目标是采用结构工程师的方法来研究胚胎发育的生物力学。

皮特研究人员正在使用测试，技术和工具对机体过程进行逆向工程，这些机械过程利用机械工程实验室中比分子遗传学实验室更有可能找到的测试，技术和工具来塑造胚胎的基本身体计划和器官发育。

“如果你第一次看到一座桥，你怎么能发现它有用呢?”戴维森博士问道。“一个遗传学家可能把它炸成碎片并分析每件作品是如何工作的，但是工程师会看一下整体，测量力和运动。他们会更加重视它，看看它何时断裂。我们正在应用这些结构分析理解胚胎的原则。“

在周围的实验室中，研究人员使用小鼠，果蝇，斑马鱼和老鼠。在戴维森博士的实验室中，有非洲爪蟾 - 一种原产于撒哈拉以南非洲的青蛙。青蛙非常适合戴维森博士的研究，因为他们的胚胎和组织非常容忍实验室条件，能够适应工程师的“触摸”。即使将它们从保护壳中移除，诱导遗传缺陷或注入荧光蛋白示踪剂，这些青蛙也不会呱呱叫。

戴维森博士说：“我们使用青蛙，因为你可以很容易地提取组织，它们将继续正常生长。”“青蛙的眼睛或大脑可以被隔离，并将继续在培养皿中生长。用小鼠或鱼不会发生这种情况。当非两栖动物胚胎的外层被切断时，胚胎将无法维持结构。青蛙胚胎更像Play-doh，你可以剪切和粘贴组织并重新塑造它们，尽管Play-doh仍比这些胚胎硬得多。“

青蛙蛋开始大约是铅笔尖的大小。在用于调节钢梁或钢筋混凝土测量的研究领域，戴维森博士的团队必须使用他们使用的工具发挥创造力。

戴维森博士说：“为了对青蛙胚胎进行显微手术，我们使用由人类眉毛制成的手术刀和由婴儿头发制成的毛圈。”“胚胎微小，潮湿，柔软;然而，它们仍然遵循钢或木材相同的形状原则。”

“一位民用或机械工程师可能会定期进行一千万次施加压力的测试，”他继续道。一千万帕斯卡是关于从高压清洗机出来的水压量，一个帕斯卡是关于一张纸在桌面上施加多大的压力。“我们必须设计出能够应用和测量5至20帕斯卡之间压力的特殊工具。您不仅可以订购亚马逊的产品，还可以在我们的实验室中根据自己的需求设计和制造定制设备。”

通过研究形态发生的机制 - 胚胎改变形状的过程 - 博士。戴维森希望开发一种工具，使生物工程师能够更好地理解和控制组织自组装。

“许多工程领域都有某种软件或模拟工具，可以在实际开始构建之前对其设计进行猜测。我们正在为组织工程师开发类似的东西，这样他们就不必一直依赖于试验和错误。 ，“戴维森博士解释道。

蠕变测试，应变图和微吸入是戴维森博士团队使用的所有工程技术，用于理解形态发生的潜在机制。这些青蛙可能不会很快变成王子，但是从一个细小的细胞球中，胚胎可以塑造成一个结构复杂的蝌蚪，带有工作器官。

“在一项研究过程中，非常偶然地，我们观察到两组蛋，一组开始大约是另一组的两倍。我们观察到胚胎并排发展。由于最初的大小差异，我们预计看到很多结构畸形或至少蝌蚪出现两倍大。令我们惊讶的是，许多“大蛋”胚胎幸存下来，它们的蝌蚪长到与“小蛋”蝌蚪相同的大小，不知何故设法戴维森博士说，他们在发展过程中会自我纠正。

在组织工程在再生医学治疗中变得越来越有用的时候，戴维森博士估计，世界上只有大约五六个其他组在脊椎动物的活组织中进行材料特性测量，如青蛙。在他的研究基础上，结合2016年美国国立卫生研究院资助的“间充质 - 上皮细胞过渡的机械控制”研究结果，他将继续充实组织生长的机制。

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