هل تساءلت، عندما كنت على الجنين، وهو كيف الخلايا الجنينية لتنمو لتصبح أنسجة وأعضاء مختلفة؟

قبل 100 سنة، والرياضية الأحياء فيكتوريا اسكتلندا دارسي تومبسون (دارسي تومبسون) مجرد التفكير في هذه المشكلة. في عمله المنوي "النمو والتشكل" في طومسون قناعة، خاملة المواد اللازمة لنقلها شكل آليات البدني، في تشكيل أيضا أن تلعب دورا في التشكل البيولوجي . وهو يقارن بين سكان الخلية مع رغوة، والشكل حتى ومورفولوجيا الخلايا خلال مرحلة المقارنة عملية نفخ الزجاج.

بالإضافة إلى دراسة مورفولوجية الخلايا والسكان الخلية، والمدمنين طومسون أيضا على مجموعة متنوعة من بنية حلزونية الطبيعي. الحيوانات المجترة من ركلة ركنية، وقذيفة الرخوي، ثم ترتيب الأوراق من النباتات. وأشار طومسون جمال الطبيعة، ولكن على التخلي عن أي تفسير غامض. وكتب في "النمو والتشكل" في: "عندما المداخن ماسون بناء المصنع، وسوف يكون بطريقة محددة لضمان سلاسة ومنظمة كومة من الطوب، لا أعتقد أن هذا التسلسل المنظم شكل في نهاية المطاف "هو مبين في الشكل طومسون" نمط حلزوني، وهو نمط حلزوني وأن إرادة شخصي في أي شكل من الأشكال،. النمو والتشكل الكائنات "لوحظ في الدراسة. | المصدر: ويكيبيديا

منذ قرن من الزمان، لا توجد أدوات لاختبار الأفكار مباشرة رفعت طومسون. لكن في الآونة الأخيرة، وجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا الباحثين Otger كامباس وفريقه تصدع سر هذا منذ فترة طويلة.

أنها تستخدم معظم التكنولوجيا المتقدمة وضعت كامباس تكشف الآليات الفسيولوجية الجنينية الكامنة في بناء مدهش. الدراسة واستخدام التكنولوجيا لا يسمح فرضية قديمة في تنشيط الحديثة، و لأنها توفر أساسا لدراسة عدد من القضايا المصيرية الأخرى على صحة الإنسان، مثل السرطان وكيفية تشكيل وانتشار، وكيفية تصميم وتصنيع أجهزة .

منعت 1. خلية ما يمكن أن يحدث؟

Otger كامباس هو أستاذ الهندسة الميكانيكية كلية UCSB الهندسة، وفريقه بدراسة النظام البيولوجي هو كيف التنظيم الذاتي لبناء هيكل وشكل تلك الطبيعة الخلابة. وقال كامباس: "باختصار، وجدنا خلية الأنسجة الجنينية شكل 3D وظيفية كبيرة في شكل آلية البدنية . "

الخلية تبادل الإشارات البيوكيميائية التنسيق مع بعضها البعض، ولكن وسوف يكون الازدحام بعضها البعض، مما دفع وتدافع لبناء بنية الجسم نعيش ، مثل العينين والرئتين والقلب، وهلم جرا. وأظهرت النتائج أن شكل الجنين والعفن الزجاج في الواقع، والطباعة 3D ليست مختلفة جدا. هو مثل طومسون مع حدسه مذهلة قد تتوقع.

كشفت احدث دراسة نشرت في "الطبيعة" مجلة، كامباس والزملاء، السكان من الخلايا في الطريقة التي تسيطر عليها من الدولة السوائل لتحويل الحالة الصلبة لبناء أجنة الفقاريات هذه الطريقة التي تم مصبوب الزجاج في إناء مشابهة جدا.

أثناء التطور الجنيني، وخلايا الأديم المتوسط السلف (MPZ) كما نمت قسم السلائف الأديم المتوسط (في PSM)، وجود فجوة بين زنزانة صغيرة، الخلية يصبح أكثر مزدحمة، ومجموعة مؤثرة من الخلايا الفردية الصغيرة (خط متعرج أحمر يمثل مسار حركة الخلايا)، والانتقال من السوائل مثل الدولة الصلبة مثل الدولة، انسداد وقعت خلال هذا التغيير المرحلة. من وجهة نظر الطاقة، وحاجز الطاقة ليكون التغلب على حركة الخلية يزداد، والطاقة من إمكانات جيدا لا يمكن نقله. | المصدر: اليساندرو Mongera، وآخرون.

بدأت معظم الكائنات في حالة السوائل. من هيكل معدني لحلوى الجيلاتين، وعملية إنتاجها وذاب المواد الأولى في القالب، وبعد التبريد للحصول على شكل صلب نحتاجه. وأوضحت كامباس أن الفنان الزجاج وتريد أن تذوب بعناية الزجاج في صناعة الزجاج والنحت، وبعد ذلك ببطء إعادة تشكيل وضعها في مثل الحياة شكل على النحو التالي: المناطق الأجنة محددة لديها خلايا أكثر نشاطا، يمكن أن الأنسجة "تذوب "قادرة على إعادة عرض في حالة السوائل، وبمجرد أن عملية تدفق كاملة، الخلية سوف" تبريد "وشكل الأنسجة النهائي.

وقال كامباس: "لاحظنا الأنسجة من حالة السوائل إلى انتقال الحالة الصلبة يسمى انسداد في الفيزياء. مرحلة التغيير انسداد هي ظاهرة شائعة جدا، عندما يكون النظام من النظام (على سبيل المثال، رغوة، مستحلب، وكوب) توضع الجزيئات معا أو أجبر التبريد، وانسداد للمرحلة تغيير يحدث. "

2. يجلب اختراقات تكنولوجية جديدة

من قبل، وضعت كامباس وفريقه القدرة على قياس قوى التفاعل بين الخلايا الجنينية الداخلية، وضعف القوة التقنية تطبيقها على الخلايا في بناء الأنسجة والأعضاء، هذه التقنيات تجعل الاكتشافات الجديدة ممكن.

الزرد المواضيع المفضلة الباحثين، لأن الأجنة الزرد وجود الشفافية البصرية، وعملية النمو يشبه الأجنة البشرية. في الدراسة الجديدة، فإنها باستخدام الأجنة الزرد، تسبب في نظام تدفق المغناطيسية التي كتبها قطرات صغيرة ثم وضعت بين خلايا الأنسجة المتنامية. سوف انزلاق الخلايا المحيطة يؤدي إلى تشوه الحبرية كروية، حيث يمكن للباحثين بمراقبة قوة تطبيق الخلايا لبعضها البعض. وعلاوة على ذلك، من خلال السماح لهؤلاء قطرات المغناطيسي، وأنها يمكن أن تمارس ضغط طفيف على الخلايا المحيطة بها، لمراقبة كيف سيكون رد فعل المؤسسة.

الأجنة الزرد تبين الحدود نسيج الخلايا (السماوي: غشاء الخلية)، والهيكل التنظيمي لقطرات السائل للكشف عن المغناطيسية (الصفراء: قطرات المغناطيسية). | المصدر: اليساندرو Mongera

وقال الكاتب الأول من هذه المقالة اليساندرو Mongera: "لأن التغلب على مجهري لادخال صغير، الجنين النامي في هذا التحدي، قمنا بقياس لا يمكن قياسه قبل المادية."

(العلوي) يمكن رسم المغناطيسي انحناء الحدود بالقطيرات بواسطة القياس، وجنبا إلى جنب مع الخلايا الموسع FIG. FIG السهم الأبيض لافتا في موقف الحبرية المغناطيسية على اتصال مع خلايا الخلايا المحيطة بها. يمكن أن ينظر إليه، وحجم قطرة من المسافة بين انحناء المغناطيسي يتفق مع حجم الخلية. لا يتم تطبيق (السفلى) قطرات المغناطيسية من حقل مغناطيسي خارجي (OFF) إلى حقل مغناطيسي خارجي يتم تطبيق للانتقال (ON) لل. ويمكن رؤية الخلايا المحيطة قطرات (وصفت بأنها اللون) يمكن أن تنسق مع بعضها البعض، والتي تعيد ترتيب لتشكيل أقرب إلى الحالة الصلبة. | المصدر: اليساندرو Mongera، وآخرون.

وقال كامباس: "إن سمك الزرد، مثل الفقاريات الأخرى، تحتاج الخلايا للبدء من غير شكل واسع، والجسم في شكل ممدود رئيس في نهاية واحدة، وذيل في الطرف الآخر. "إن إعادة الهيكلة المادية للخلايا في الجزء الخلفي من هذه العملية لغزا. مفاجأة سارة هو أن الآن وقد وجد الباحثون أن عملية تصنيع هؤلاء السكان خلية منظمة مماثلة للرغوة على البنية التحتية المادية، والمربى يحدث أثناء التطور الجنيني "تجميد" الهيكل التنظيمي وتحديد شكله.

تتبع من الخلايا الجنينية في MPZ إلى PSM يمكن العثور عليها، والحد من التنقل من الخلايا، والاتصال بين الخلايا منهما يصبح صغير، إذا الحبس حتى نفسه، والتفاعل التبادل بين الخلايا المجاورة هو عامل ضروري لتشكيل دولة السوائل. | المصدر: اليساندرو Mongera، وآخرون.

3. آثار لأبحاث السرطان

ويقدم ورقة جديدة أيضا نقطة انطلاق جديدة، وبالتالي يمكن لفريق من الباحثين كامباس تبدأ عملية التطور الجنيني وغيرها من العمليات المجالات ذات الصلة، على سبيل المثال، كيف يمكن للورم وتغزو الأنسجة المحيطة بها جسديا، وكيفية جعل محددة شكل 3D أجهزة.

وأوضح Mongera: .. "علامة واحدة من السرطان هو الانتقال بين اثنين من الهياكل التنظيمية المختلفة التي يمكن أن تفسر على مبادئ هذا التحول من الأنسجة غير الطبيعية الدولة السوائل مماثلة لتحويل الحالة الصلبة مماثلة للدراسة الحالية قد تساعد في توضيح هذا المشغل آلية للتغيير، وتسليط الضوء على بعض الأهداف المحتملة المخدرات لمنع هذه الآلية ".

المصدر المرجعي:

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0479-2