3D形成的细胞机械感测的关键

使用干细胞，科学家在一段时间内已经能够在实验室中生长器官的一部分，但这与构建一个实际的，功能完备的，功能性的三维器官相去甚远。

对于再生医学和发育生物学的学生来说，这就是为什么了解细胞如何弯曲并移动以形成器官和身体组织的热门话题。

如今，京都大学前沿生命与医学研究所的一个团队对细胞受到机械应变如何形成眼球结构有了新的认识。

研究小组在《科学进展》杂志上发表的论文发现，单个细胞通过感知整个组织变形产生的机械力，共同形成了原始的杯状结构，即“光杯”。

“过去，我们通过培养胚胎干细胞-ES-成功地制造了视杯。要形成一个球形，首先要从原始大脑组织中伸出来然后在其内部内陷的组织，” Satoru Okuda解释说。

“但是尚不清楚单个细胞如何感知和调节自身以形成那种形状。”

该团队开发了一种计算模拟，可以计算三维组织结构的形成。利用这些知识和过去的实验数据，他们构造了虚拟的前眼，并能够预测驱动球形成细胞的物理学。

他们的发现表明，在视杯形成过程中，会产生细胞分化模式，即将细胞推入杯状，从而导致一部分细胞自发折叠进入组织。由“自弯曲”引起的力传播到边界区域，其他细胞在该区域感知应变。

奥田继续说：“组织变形和视杯边界上的应变的结合产生了一个铰链，该铰链进一步推动了弯曲细胞，”导致了杯状结构。

“下一步是使用实际的ES细胞验证这一预测。”

利用培养中的小鼠ES细胞，研究小组在特定点上施加了机械应变，并高兴地检测到了它们在模拟中预测的钙反应，机械反馈和细胞形状变化。

这些发现揭示了机械力在塑造器官中的新作用，这对形成复杂组织甚至在培养皿中也至关重要。该小组将继续调查这些力量，以寻求继续发展再生医学领域。

“尽管我们的研究表明可以控制体外制作的器官的形状-使用基于预测适当的机械刺激-目前的技术仍然是有限的，”总结首席科学家Mototsugu Eiraku。

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