通过建模和显微镜的组合揭示干细胞行为

A * STAR研究人员正在通过结合细胞谱系示踪实验和数学建模的多学科方法研究健康胃中细胞的更新1。该模型为研究胃病提供了有价值的基线，该方法可用于研究其他器官的发育动态。A * STAR医学生物学研究所的Nick Barker团队研究了胃幽门区域内的瓶状口袋的发展，这种口腔被称为幽门腺，将胃泌素和粘液分泌到胃中。在每个腺体内是干细胞的分隔池，有助于两个基本过程。一些子细胞保持未分化并缓慢地替换腺体内的其他干细胞，而其他细胞向上迁移并分化以相对快速地更新胃壁。研究人员使用随机模型研究这两个过程，使用荧光标记细胞的观察来拟合模型。

由于干细胞分裂并取代其他干细胞，最终腺体中的所有细胞都将来自单个干细胞。为了研究这个过程，该团队扩展了一个早期模型，该模型假设该过程始于一个干细胞而不是一个池。通过建立一个没有这个假设的模型，研究小组发现只有少数干细胞能够有效地扩展到整个腺体。

研究人员还通过干细胞增殖和分化来量化胃内膜的更新。

通过整合随机模型和实验，他们表明增殖和分化的过程是紧密耦合的; 干细胞通常以与它们的女儿分化相同的速率分裂，确保池保持相同的大小。

当这些过程变得不相关时，该团队还应用这种方法在类似疾病的条件下量化干细胞增殖和分化。

这些模型将有助于了解胃病以及正常的幽门腺发育。“例如，我们可以检查胃癌是否是干细胞增殖和分化之间失衡的结果，或者与干细胞的更换速度较慢有关，这意味着干扰细胞不能及早更换”，Carmen Pin说。来自英国食品研究所的研究员，他与A * STAR团队的Barker和Marc Leushacke进行了这项研究。

他们补充说：“同样的方法可用于研究任何细胞群的动态，这些细胞可以通过遗传标记并在其他器官中进行追踪。”

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