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www.tl88.comEwald说:“Andre和我坐在那
时间:2016-05-06来源:未知 作者:admin 点击:

  比来,由细胞生物学家、系统生物学家和理论生物学家构成的一个研究小组发觉,一个群组中的细胞能够单个细胞无法察觉的化学浓度差别,www.tl88.com从而对一种几十年的理论提出了挑和。相关研究颁发正在《PNAS》。

  正在耶鲁大学AndreLevchenko的尝试室里,类器官漂浮正在水凝胶里。这些凝胶中也包含表皮发展因子(EGF),此中凝胶的一侧比另一侧的浓度高一点点。这个梯度是微妙的、精美的。单个细胞不成以或许区分这两侧的浓度差别。然而几天后,类器官起头分支,细胞的手臂伸向了EGF浓度大的那一边。

  细胞利用这些化学梯度做为地图,来指导它们的活动,并做出生命决定。正在二十世纪70年代和80年代,Berg和Purcell计较了一个细胞可以或许浅梯度的极限,www.tl88.com但研究人员对于“更大规模的细胞群(如类器官)若何做决定挪动或成立器官”,还知之甚少。

  约翰霍普金斯大学的Levchenko和AndrewEwald留意到,一个细胞群体可以或许感受到轻细的化学差别,并且还发觉了一个额外的:更大的类器官并没有比力小的表示更好。所以,他们求帮于埃默里大学生物物理学家IlyaNemenman,以弄清发生了什么,并提出了一个新理论。

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  3D打印的新型培育皿

  做为一名癌症细胞生物学家,Ewald研究了乳腺上皮细胞。他说:“乳腺带有一个分支管收集;它们将正在哺乳期间发生和储存乳汁。我们晓得,正在产后的动物体内,它包含的分支管仅占很小的一部门。正在小鼠中几周后或正在人类中几个月年后,最终这个导管收集的规模和复杂性都有显著添加,我们想领会这是若何运做的。”

  Levchenko——系统生物学家和生物医学工程师,和癌细胞生物学家Ewald合做,发觉了乳腺细胞是若何回应EGF梯度的,这个信号有帮于构成导管。可是,要将这些大细胞集群于浅梯度,常坚苦的。他们需要一个1厘米芯片,由于类器官宽100到200微米,以及细胞外基质和卵白质支架的空间。

  Ewald说:“Andre和我坐正在那里问,我们可不克不及够建立一种设备,对于这些几百微米的布局脚够大,正在那里我们能够让细胞实正于细密的梯度?”

  Levchenko决定利用立体光刻——一种3D打印手艺,来建立这种设备。他利用电脑来设想模具,并利用Prototherm12120打印模具。他们把一种矫捷的聚合物倒进模具,烘烤留宿。延长阅读:3D打印不再遥远。

  细胞之间的对话

  有了这种设备,研究人员正在一种EGF梯度中播种了分歧大小组群的乳腺上皮细胞。按照表皮发展因子的浓度,细胞起头分支。Ewald说:“即便正在一个很是浅的梯度中,它们也很是较着地定向活动。”

  最令人惊讶的是,梯度以至比他们想象的浅,每10微米只要0.2%的改变。AndreLevchenko说:“现实上它低于我们预期单个细胞可以或许检测的梯度。这是一种很是无效的方式,比单细胞更为无效。”当他们把孤立的细胞放入该设备时,细胞就无法检测到浅梯度。

  Nemenman说:“发生的工作是,细胞彼此扳谈。细胞试图获取从细胞群的分歧偏僻角落获打消息,并通过扩大范畴,它们可以或许感受到梯度浓度变化小于任何小细胞可以或许探测到的。”延长阅读:Nature全新的细胞通信体例;大学CellRes细胞通信新形式。

  若是每个细胞取其他的细胞扳谈,就会有太多的交换进行,所以Nemenman和Levchenko提出了一种理论:当一个外部信号(如EGF)取细胞连系时,它会触发细胞中两个的活化:一个局部活跃,待正在细胞中,和一个总体活跃,能够通过间隙毗连从一个细胞达到另一个细胞。所有的细胞城市发生不异的,所以外部信号的平均浓度,是由内部所有(所有细胞贡献的)代表的。一个细胞会未来自局部的信号,取全体进行比力,以它是处于较低仍是较高的梯度,由此,确定朝哪个标的目的挪动。仿佛所有的细胞成为了一个大的细胞。Levchenko说:“这是第一次证明,www.tl88.comBerg和Purcell理论需要点窜,以领会进行交换的全体细胞表示若何。”

  该研究团队用四种分歧的药物堵住间隙毗连,给出了不异的谜底:细胞连结健康,可是定向分支模式消逝了。此外,耗损钙存储可中缀梯度传感。Ewald说:“仿佛我们曾经间接解除了它们彼此沟通的能力,并间接解除了它们这种浅梯度的能力。www.tl88.comEwald说:“Andre和我坐在那我们能够必定地说,细胞集群响应梯度,需要间隙毗连和钙。”

  传话逛戏

  理论上讲,跟着组织的大小添加,这个梯度性该当会的添加,可是该研究团队发觉,性添加到类器官的必然规模之后,就停畅不前。

  他们揣度,类器官的细胞内和细胞间的信号乐音,了这种度。Levchenko说:“环节的概念是,一个细胞或一组细胞内的化学通信,是一个嘈杂的过程,之前被轻忽正在Berg和Purcell理论的分歧表现。全体的运输是嘈杂的,所以不克不及正在大于必然的距离内传达消息。”

  正在PNAS颁发的另一项研究中,Levchenko、Nemenman和AndrewMugler确定了导致细胞之间内部通信乐音的梯度活络度极限,以及正在度极限达到之前有几多细胞能够构成类器官。令人惊讶的是,他们发觉,若是局部也扩散,活络度也会提高,虽然要迟缓得多,这会降低丈量噪声。他们把这个新理论称为“局部excitation-global(REGI)”。Levchenko说:”我们认为,这一理论可答应一个更好的梯度机能,确实可能更合适已知的生物学过程。”

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