有粘液吗-再生生物学用于恢复粘液的产生

时间:2020-02-17 18:24 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

有粘液吗-再生生物学用于恢复粘液的产生

匹兹堡大学的兰斯·戴维森在《自然通讯》上发表了一篇文章,详细阐述了组织力学可以促进青蛙胚胎类器官外表面杯状细胞的再生。

我们来谈谈黏液。

黏液是杯状细胞分泌的一种保护性黏液,分布在呼吸、消化和生殖系统的各个器官上。黏液的产生对健康至关重要,不平衡可能危及生命。患有哮喘、慢性阻塞性肺病(COPD)和溃疡性结肠炎等疾病的患者往往在长出过多的杯状细胞后产生过多的粘液。杯状细胞的损失同样是毁灭性的例如在癌症期间,感染后,或受伤后。黏液的产生、数量和运输的平衡至关重要,因此医生和医学研究人员长期以来一直在寻找杯状细胞的起源,并一直渴望控制使其再生和保持种群平衡的过程。

最近,匹兹堡大学(University of Pittsburgh)的一组生物工程师发现了一个杯状细胞再生的案例,这种细胞很容易获得,而且在从早期发育的青蛙胚胎中分离出来的细胞上,再生速度快得令人难以置信。他们的发现发表在本周的《自然通讯》杂志上。

Lance Davidson是匹兹堡大学生物工程学教授,领导斯旺森工程学院的MechMorpho实验室,他的研究人员在那里研究力学在人类细胞以及非洲爪蟾胚胎中的作用。原产于南非的一种水生青蛙。

和许多青蛙一样,非洲爪蟾的蝌蚪也有呼吸性皮肤,它可以交换氧气,执行类似于人类肺的功能。戴维森解释道。与人类的肺一样,非洲爪蟾呼吸道皮肤的表面是一层粘液纤毛上皮,这是由杯状细胞和纤毛细胞组成的组织,它也保护幼虫免受病原体的侵害。由于这些进化上的相似性,我们的团队使用青蛙胚胎的类器官来研究组织力学是如何影响细胞生长和组织形成的。”

研究这一物种是探索生物力学的遗传起源和机械线索如何被感知的一种快速而经济的方法,不仅是在青蛙胚胎中,而且是普遍的。当临床医生研究病人的癌症时,这种变化可能需要数周、数月甚至数年,但在青蛙胚胎中,变化发生在数小时内。

在这个项目中,我们从早期胚胎中取出一组间充质细胞,将它们形成一个球状的集合体,在5个小时内,它们开始发生变化。戴维森说。“我们知道这些细胞可以分化成多种类型,但在这种情况下,我们发现它们发生了巨大的变化,变成了一种细胞,如果它们在胚胎时期就不会变成这种细胞。”

该实验室令人惊讶地发现了一个从间充质细胞中恢复粘液纤毛上皮的再生病例。为了证实这一意外发现,他们进行了多次实验,并开始仔细研究是什么微环境因素能促使细胞形成一种全新的类型。

“我们有工具来调节细胞所在的机械微环境,令我们惊讶的是,我们发现如果我们让环境变得更硬,聚集物就会变成这些上皮细胞。”戴维森解释道。“如果我们把它做得更柔和,我们就能阻止他们改变。这一发现表明,仅仅是机制就能导致细胞发生重大变化,这是一件了不起的事情。”

戴维森的团队对受力学影响的细胞如何影响疾病状态很感兴趣。这篇文章中详细介绍的结果可能会在癌症生物学中引发新的问题,促使研究人员考虑某些类型的侵袭性癌细胞是否会根据其周围环境的硬度或柔软度而恢复到静止细胞类型。

当将这些结果应用于癌症生物学时,人们可能会问,如果肿瘤被软组织包围,它们是否会进入休眠状态,基本上不具侵入性?或是说、你若将肉包在硬肉中、岂可发毒、伤人成病呢。戴维森说。这些都是生物力学领域的主要问题,也许可以帮助我们找到答案。许多研究人员只关注化学途径,但我们也发现了疾病的机械影响因素。”

韩国科学技术高级研究所(KAIST)研究员、前MechMorpho实验室成员Hye Young Kim将在KAIST&rsquo基础科学研究所的血管研究中心继续这项工作。她将研究细胞运动在再生过程中如何变化,以及上皮细胞如何组装新的上皮细胞。戴维森和他的实验室将探索这种新的机械线索是如何被间充质细胞感知的,以及这些机械诱导通路如何与控制细胞命运选择的已知通路整合。

“青蛙的胚胎和器官为我们研究这些过程提供了无与伦比的途径,远比人类器官的途径容易得多。”他说。“过去认为再生完全是由扩散的生长因子和激素控制的观点正在让位于对环境物理机制的认识例如橡胶或流体的环境扮演同样重要的角色。”

参考文献:组织力学驱动非洲爪蟾胚胎聚集物表面粘液纤毛表皮的再生。Kim Hye Young, Timothy R. Jackson, Carsten Stuckenholz和Lance A. Davidson, 2020年1月31日,Nature Communications。

DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 14385 - y

这项研究得到了美国国立卫生研究院国家心肺血液研究所(NHLBI)的资助。

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