明斯特大学 斑马鱼胚胎原始生殖细胞(红色)的时空分布
通常，在环境中产生的引诱剂的帮助下，细胞以定向和协调的方式通过发育中的胚胎迁移，并到达性器官形成的区域(左)
在没有引诱受体的情况下，细胞分布不同(右)
只看一条斑马鱼，就像这里，似乎没有模式
信用:格罗斯-巴宾，特拉斯科夫斯基，滕布林克等
Sci Adv 20206: eabc5546/CC BY-NC 每当生物体发育并形成器官时，肿瘤就会产生转移，或者免疫系统在炎症中变得活跃，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，影响它们的功能
迁移的细胞对生化信号以及其环境的生物物理特性做出反应，例如组织是软的还是硬的
获得关于这些过程的详细知识为科学家提供了理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新方法，用于分析生物体内的细胞迁移过程
研究人员研究了原始生殖细胞(其运动方式类似于包括癌细胞在内的其他迁移细胞类型)在斑马鱼胚胎中被剥夺生化指导线索时的行为
该团队开发了新的软件，可以将多个胚胎的三维显微图像进行合并，以识别细胞分布模式，从而突出影响细胞迁移的组织
在该软件的帮助下，研究人员确定了细胞要么避开的域，要么通过聚类来响应，要么在这些域中保持正常分布
通过这种方式，他们在生物体未来主干的边界上发现了一个物理屏障，在那里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在发育生物学、细胞生物学和生物医学的研究中带来巨大的益处，”博士解释道
埃雷兹·拉兹是明斯特大学炎症分子生物学中心的细胞生物学家和项目主任
这项研究已经发表在《科学进步》杂志上
方法和结果详情 在他们的研究中，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，在许多生物的发育过程中，它们迁移到生殖器官形成的地方
通常，这些细胞由趋化因子引导
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周围细胞产生的引诱剂，通过与原始生殖细胞上的受体结合来启动信号通路
通过对细胞进行遗传修饰，科学家们使趋化因子受体Cxcr4b失活，从而使细胞保持活动，但不再以定向方式迁移
“我们的想法是，当不受引导线索控制时，细胞在生物体中的分布可以提供哪些组织会影响细胞迁移的线索，然后我们可以分析这些组织的特性，”该研究的三位主要作者之一Lukasz Truszkowski解释说
使用新开发的软件，研究人员数字化合并了数百个斑马鱼胚胎的显微图像
这使得他们能够识别原始生殖细胞在缺乏引诱受体Cxr4b时的行为模式
他们发现，沿着胚胎纵轴的组织起着物理屏障的作用，影响细胞运动的方向，阻止细胞通过组织迁移
信用:格罗斯-巴宾，特拉斯科夫斯基，滕布林克等
Sci Adv 20206: eabc5546/CC BY-NC “为了获得关于迁移细胞空间分布的统计数据，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，一个胚胎只有大约20个原始生殖细胞，”萨贡·格罗-巴宾说，他也是第一作者，和他的同事一样，是一名博士
D
明斯特大学运动细胞跨文化中心研究生项目学生
为了以数字方式合并多个胚胎的三维数据，生物研究人员与由数学家Dr
马丁·伯格当时也在明斯特大学进行研究，现在继续与埃尔兰根-纽伦堡大学合作
该团队开发了一种新的软件工具，可以自动汇集数据，识别原始生殖细胞的分布模式
挑战在于解释个体斑马鱼胚胎的不同大小和形状，以及它们在显微镜图像中的精确三维定位
名为“风景”的软件将从所有胚胎中获取的图像相互对齐
“基于细胞核的分割，我们可以估计胚胎的形状，并校正它们的大小
之后，我们调整生物体的方向，”数学家博士说
这项研究的第三位主要作者丹尼尔·滕布林克
在此过程中，胚胎中线的组织作为参照结构，其特征在于所谓绿色荧光蛋白的组织特异性表达
用专业术语来说，整个过程叫做图像配准
科学家们通过捕捉同一个胚胎的几幅图像，根据大小和图像方向对它们进行操作，并测试软件纠正操作的能力，从而验证了他们算法的可靠性
为了评估软件识别细胞积累模式的能力，他们使用了正常发育胚胎的显微图像，其中迁移的细胞在胚胎中已知的特定位置积累
研究人员还证明，该软件可以应用于另一个实验模型的胚胎，果蝇胚胎，其形状不同于斑马鱼胚胎
使用新开发的软件，研究人员数字化合并了数百个斑马鱼胚胎的显微图像
这使得他们能够识别原始生殖细胞在缺乏引诱受体Cxr4b时的行为模式
他们发现，沿着胚胎纵轴的组织起着物理屏障的作用，影响细胞运动的方向，阻止细胞通过组织迁移
信用:格罗斯-巴宾，特拉斯科夫斯基，滕布林克等
Sci Adv 20206: eabc5546/CC BY-NC 使用新方法，研究人员分析了900个斑马鱼胚胎中21000个原始生殖细胞的分布
不出所料，缺乏趋化因子受体的细胞以不同于正常胚胎的方式分布
然而，这些细胞以独特的模式分布，无法通过监测单个胚胎来识别
例如，在胚胎的中线，细胞是缺失的
研究人员更仔细地研究了那个区域，发现它对细胞起着物理屏障的作用
当细胞与这一边界接触时，它们改变了肌动蛋白在其中的分布，这又导致细胞迁移方向的改变和远离屏障的运动
对细胞如何对物理屏障作出反应的更深入的理解可能与侵袭邻近组织的转移性癌细胞以及这一过程可能被破坏的地方有关
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