生物学家和数学家开发出一种新的方法来研究组织如何影响细胞的运动

每当有机体发育并形成器官，肿瘤产生转移或免疫系统活跃于炎症中时，细胞就会在体内迁移。当它们这样做时，它们与周围组织相互作用，从而影响其功能。迁移的细胞对生化信号及其周围环境的生物物理特性(例如，组织是软的还是硬的)起反应。获得有关此类过程的详细知识为科学家提供了了解医学状况和开发治疗方法的基础。

明斯特大学和埃尔兰根纽伦堡大学的一组生物学家和数学家现已开发出一种分析活生物体中细胞迁移过程的新方法。研究人员研究了运动方式与其他迁移细胞类型(包括癌细胞)相似的原始生殖细胞在缺乏生化指导提示后如何在斑马鱼胚胎中表现。该团队开发了新的软件，该软件可以合并多个胚胎的三维显微图像，以便识别细胞分布中的模式，从而突出显示影响细胞迁移的组织。借助该软件，研究人员确定了细胞可以避开的区域，它们通过聚类反应或保持其正态分布的区域。通过这种方式，他们在生物体未来主干的边界处发现了一个物理屏障，细胞改变了它们的路径。“我们希望我们的实验方法和新开发的工具将对发育生物学，细胞生物学和生物医学的研究产生巨大的帮助，”炎症分子生物学生物学中心的细胞生物学家兼项目负责人Erez Raz博士解释说。明斯特大学。该研究已发表在《明斯特大学炎症分子生物学中心的细胞生物学家兼项目负责人。该研究已发表在《明斯特大学炎症分子生物学中心的细胞生物学家兼项目负责人。该研究已发表在《科学进步”。

方法和结果的详细信息

为了进行研究，研究人员利用了斑马鱼胚胎中的原始生殖细胞。原始生殖细胞是精子和卵细胞的前体，在许多生物体的发育过程中，它们会迁移到生殖器官形成的地方。通常，这些细胞受趋化因子的引导-即周围细胞产生的引诱剂，这些细胞通过结合原始生殖细胞上的受体而启动信号传导途径。通过对细胞进行遗传修饰，科学家使趋化因子受体Cxcr4b失活，从而使细胞保持运动能力，但不再以定向方式迁移。“我们的想法是，在不受指导提示控制的情况下，生物体内细胞的分布可以提供有关哪些组织影响细胞迁移的线索，

“要获得有关迁移细胞空间分布的统计上重要的数据，我们需要研究数百个斑马鱼胚胎，因为在细胞活跃迁移的发育阶段，单个胚胎只有大约20个原始生殖细胞。” SargonGroß-Thebing，也是第一作者，和他的同事一样，是明斯特大学细胞运动学系中心研究生课程的博士研究生。为了将多个胚胎的三维数据进行数字合并，生物学研究人员与由数学家Martin Burger博士领导的团队合作，后者当时还在明斯特大学进行研究，现在正在继续合作来自埃尔兰根-纽伦堡大学。该团队开发了一种新的软件工具，该工具可以自动合并数据并识别原始生殖细胞分布的模式。挑战在于解决单个斑马鱼胚胎的大小和形状的变化以及它们在显微镜图像中的精确三维方向。

名为“ Landscape”的软件将所有胚胎捕获的图像彼此对齐。研究的第三位主要作者数学家丹尼尔·滕布林克博士说：“基于细胞核的分割，我们可以估计胚胎的形状并校正其大小。然后，我们可以调整生物体的方向。”在此过程中，胚胎中线的组织用作参考结构，其特征在于所谓绿色荧光蛋白(GFP)的组织特异性表达。用技术术语来说，整个过程称为图像配准。科学家们通过捕获同一胚胎的几张图像，就大小和图像方向进行操纵，并测试该软件校正操作的能力，从而验证了其算法的可靠性。为了评估该软件识别细胞积累模式的能力，他们使用了正常发育中的胚胎的显微图像，其中正在迁移的细胞积累在胚胎中的特定位置。研究人员还证明，该软件可以应用于另一种实验模型的胚胎，果蝇果蝇的胚胎，其形状不同于斑马鱼的胚胎。

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