日内瓦大学
通过将肌肉细胞限制在粘合盘上而形成的突起的例子
略大于突起直径的圆盘在底部可见
在一些突起上，可以看到漩涡组织
其他突起的扭曲形状也表示旋转力
信用:UNIGE 我们器官和组织的不同形状是如何产生的？为了回答这个问题，瑞士日内瓦大学的一个研究小组强迫肌肉细胞在体外自发复制简单的形状
通过将它们限制在粘附盘上，生物化学家和物理学家观察到细胞通过将自己排列在相同的方向上而快速自组织
围绕一个被称为拓扑缺陷的漩涡产生一个圆周运动，通过定向细胞，使它们结合在一起，使细胞单层变形为突起，这是胚胎发育中常见的结构
这种圆柱形突起由细胞的集体旋转力维持，产生类似龙卷风的效果
因此，这些细胞龙卷风的形成将构成一个简单的自发形态发生机制，由多细胞集合体的独特性质决定
这些结果可以在《自然材料》杂志上看到
我们的身体由器官和组织组成，每一个都有其独特的形状
但是细胞是如何形成肠的褶皱或肺的肺泡的呢？有可能在体外重建这些形状吗？为了回答这些问题，生物化学家与理论物理学家联手测试细胞组织自发自我建模的能力
UNIGE科学学院生物化学和理论物理系教授Karsten Kruse解释说:“在理论物理学中，我们知道，如果细胞之间存在主动约束，那么它们会自我排序，并自发地采取被称为‘涌现’的集体行为，因为它们不存在于单个细胞的规模。”
该理论预测，这些新兴行为之一是多细胞组织采用特定形状
我们想在体外测试的就是这个假设
为了做到这一点，日内瓦团队选择了能够收缩的人类肌肉细胞，它们的杆状形状使它们能够自我排列:“当细胞排列在平坦的表面上时，它们会自我排列并形成类似于风吹过的麦田的结构:在正点位置方向突然变化有一个整体秩序，”UNIGE理学院生物化学系教授Aurélien Roux说
这些方向上的变化被称为“拓扑缺陷”:它们代表施加在细胞上的物理力要么非常弱，要么非常大的地方
学分:日内瓦大学 拓扑缺陷造成细胞龙卷风 那么这些拓扑缺陷对组织的形状有什么影响呢？为了了解它们的作用，跨学科团队在粘附盘上培养细胞
“这包括将我们的肌肉细胞限制在一个被排斥分子包围的表面，这些排斥分子迫使它们形成一个圆圈，”奥雷连·鲁克斯解释道
细胞迅速开始一起旋转，形成有序的螺旋
“我们可以看到细胞的自发运动，就像当一群人被迫在一个房间里走来走去，最后为了轻松而朝着同一个方向前进，”他继续说道
如此排序，只有一个拓扑缺陷保留在圆心
“我们看到，将细胞力量集中在其中心的螺旋，通过细胞分裂在那里积累新形成的细胞
因此，螺旋将逐渐变成一个漩涡，在圆盘中间形成一个突起，”卡斯滕·克鲁斯解释道
这个突起可以达到半毫米，这对于一个不到百分之一毫米大小的底座来说是巨大的
因此，日内瓦团队正在观察一个真实的三维细胞龙卷风
服从物理定律的自发细胞形态发生 研究人员发现，肌肉细胞自发形成龙卷风状结构，类似于胚胎发育过程中观察到的结构，如手指或肠层的褶皱
“这种没有生化调节的自发自组织可能是胚胎突起形成的初始阶段，”奥雷连·鲁克斯说
科学家们还强调，确实是拓扑缺陷控制了细胞的组织，并决定了它们将采用的形状
“最后，我们的研究表明，细胞并没有逃脱物理定律，但是，受到与所有材料相同的限制，它们利用它们来集中力量，创造出只有活生物体才能看到的形状，”Karsten Kruse补充道
研究人员现在将研究胚胎的简单例子，以便将它们与理论模型和体外实验进行比较，并了解调节胚胎作用力的不同可能机制
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
