細胞以波的形式進行交流以協(xié)調(diào)運動

像我們一樣，細胞也進行交流。嗯，以他們自己特殊的方式。細胞利用波作為共同語言，告訴彼此何時何地移動。他們交談、分享信息并一起工作——就像奧地利科學技術(shù)研究所(ISTA)和新加坡國立大學(NUS)的跨學科研究團隊一樣。他們研究了細胞如何溝通，以及這對未來項目的重要性，例如應用于傷口愈合。

當你想到生物學時你會想到什么?動物、植物、理論計算機模型?最后一個，你可能不會立即聯(lián)想到它，盡管它是生物學研究的一個主要部分。正是這些計算有助于理解復雜的生物現(xiàn)象，甚至是最隱藏的細節(jié)。ISTA教授EdouardHannezo應用它們來理解生物系統(tǒng)中的物理原理。他的團隊的最新工作為細胞如何在活組織內(nèi)移動和交流提供了新的見解。

在攻讀博士學位期間，DanielBoocock與Hannezo以及新加坡國立大學的長期合作者TsuyoshiHirashima一起開發(fā)了一個詳細的新理論模型，該模型今天發(fā)表在《PRXLife》雜志上。它可以更好地理解遠程細胞間通訊，并描述細胞彼此施加的復雜機械力及其生化活性。

細胞以波的方式進行交流

假設(shè)您有一個覆蓋著細胞的培養(yǎng)皿——單層細胞。他們似乎只是坐在那里。但事實是它們會移動、旋轉(zhuǎn)，并且會自發(fā)地做出混亂的行為。”

愛德華·漢內(nèi)佐(EdouardHannezo)，ISTA教授

與音樂會上密集的人群類似，如果一個細胞向一側(cè)拉動，另一個細胞會感知到這一動作，并可以通過朝相同方向或向相反方向拉動來做出反應。然后信息可以在顯微鏡下可見的波中傳播和傳播。

“細胞不僅能感知機械力，還能感知它們的化學環(huán)境——細胞相互施加的力和生化信號，”Hannezo繼續(xù)說道。“它們的交流是生化活動、物理行為和運動的相互作用;然而，每種交流模式的范圍以及這種機械化學相互作用如何在活組織中發(fā)揮作用，迄今為止一直難以捉摸。”

預測運動模式

在波浪視覺的驅(qū)動下，科學家們的目標是建立一個理論后續(xù)模型，以驗證他們之前關(guān)于細胞如何從一個區(qū)域移動到下一個區(qū)域的理論。DanielBoocock解釋說：“在我們早期的工作中，我們想要揭示波的生物物理起源，以及它們是否在組織集體細胞遷移中發(fā)揮作用。然而，我們沒有考慮組織的液固轉(zhuǎn)變、系統(tǒng)固有的噪聲或二維波的詳細結(jié)構(gòu)。”

他們最新的計算機模型關(guān)注細胞運動和組織的材料特性。布科克和漢內(nèi)佐利用它發(fā)現(xiàn)了細胞如何進行機械和化學通訊以及它們?nèi)绾我苿?。他們能夠復制在培養(yǎng)皿中觀察到的現(xiàn)象，驗證基于物理定律的細胞通信的理論解釋。

測試理論

為了獲得實驗證明，Boocock和Hannezo與生物物理學家TsuyoshiHirashima合作。為了嚴格測試新模型是否適用于真實的生物系統(tǒng)，科學家們使用了MDCK細胞(特定哺乳動物腎細胞)的二維單層，這是此類研究的經(jīng)典體外模型。

“如果我們抑制允許細胞感知和產(chǎn)生力的化學信號通路，細胞就會停止移動，并且通訊波不會傳播，”漢內(nèi)佐解釋道。“利用我們的理論，我們可以輕松改變復雜系統(tǒng)的不同組成部分，并確定組織的動力學如何適應。”

下一步是什么?

細胞組織在某些方面類似于液晶：它像液體一樣流動，但像晶體一樣排列。布科克補充道：“特別是，生物組織的類液晶行為僅在獨立于機械化學波的情況下進行了研究。”擴展到具有復雜形狀的3D組織或單層細胞(就像活生物體一樣)是未來可能的研究途徑之一。

研究人員還開始優(yōu)化傷口愈合方面的模型。在計算機模擬中，當參數(shù)改善信息流時，治愈就會加速。Hannezo熱情地補充道：“真正有趣的是我們的模型對于活體細胞內(nèi)傷口愈合的效果如何。”

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