Bir embriyodan yetişkine dönüşmek için ne tür bir "uygulama" yaptınız?
Siz sadece bir embriyo iken bu embriyonik hücrelerin nasıl farklı dokulara ve organlara dönüştüğünü hiç merak ettiniz mi?
100 yıl önce, Viktorya dönemi İskoç matematik biyoloğu Darcy Thompson (DArcy Thompson) bunu düşünüyor. Yeni ufuklar açan çalışması "Growth and Form" da Thompson, İnert malzemelere şekil veren bazı fiziksel mekanizmalar, organizmaların şeklini şekillendirmede de rol oynar. . Hücre popülasyonlarını köpükle karşılaştırdı ve hatta hücreleri ve dokuları şekillendirme sürecini cam üfleme işlemiyle karşılaştırdı.
Hücrelerin ve hücre gruplarının morfolojisi ve yapısını incelemenin yanı sıra, Thompson doğadaki çeşitli spiral yapılara da takıntılıdır. Geviş getiren hayvanların boynuzlarından, yumuşakçaların kabuklarına, bitki filotlarına. Thompson doğanın güzelliğini fark etti, ancak her türlü gizemli açıklamayı reddetti. "Büyüme ve Biçim" de şöyle yazdı: "Duvarcı ustaları fabrika bacalarını inşa ettiklerinde, tuğlaları tam, düzgün ve düzenli bir şekilde istifleyecekler ve sonunda bu düzenli sıranın oluşacağını düşünmezlerdi. Spiral desenler ve bu sarmal desenler hiçbir şekilde öznel iradeyle yaratılmaz. Resim, Thompson'ın Büyüme ve Biçimdeki gözlem ve araştırmasının nesnesini göstermektedir. | Resim kaynağı: Wikipedia
Yüzyıl önce, Thompson'ın fikirlerini doğrudan test edecek hiçbir araç yoktu. Ancak son zamanlarda, araştırmacı Otger Campàs ve Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara'daki (UCSB) ekibi bu uzun süredir devam eden gizemi çözdü.
Embriyoların fizyolojik yapısında şaşırtıcı bir iç mekanizmayı ortaya çıkarmak için Campàs tarafından geliştirilen en ileri teknolojiyi kullandılar. Bu araştırma ve kullanılan teknoloji sadece eski bir hipotezi modern zamanlarda hayata geçirmekle kalmıyor, aynı zamanda İnsanların, kanserin nasıl oluştuğu ve yayıldığı ve organların nasıl tasarlanıp üretileceği gibi insan sağlığı için kritik olan diğer konuları incelemesi için bir temel sağlar. .
1. Hücre tıkandığında ne olur?Otger Campàs, UCSB Mühendislik Okulu'nda makine mühendisliği profesörüdür. Grubu, biyolojik sistemlerin nasıl geçtiğini araştırmaktadır. Kendi kendini organize eden Doğadaki o muhteşem yapıları ve şekilleri inşa etmek için. Campàs şöyle dedi: "Kısacası, bulduk Hücrelerin embriyonik dokuyu işlevsel 3 boyutlu şekillere dönüştürdüğü temel bir fiziksel mekanizma . "
Hücre geçişi Biyokimyasal sinyal alışverişi Birbirinizle koordineli olun, ancak Ayrıca üzerinde yaşadığımız vücut yapısını inşa etmek için kalabalıklaşacak ve birbirlerini itecekler. Gözler, akciğerler, kalp vb. Ve araştırma sonuçları, embriyo şekillendirmenin aslında cam döküm ve 3D baskıdan çok da farklı olmadığını gösteriyor. Bu tam olarak Thompson'ın şaşırtıcı sezgisiyle beklediği şeydi.
En son araştırma sonuçları Nature dergisinde yayınlandı, Campàs ve meslektaşları, Hücre popülasyonu, kontrollü bir şekilde sıvı durumdan katı duruma dönüştürülür, böylece bir omurgalı embriyosu oluşturulur. Bu yöntem camı bir vazoya dökmeye çok benzer.
Embriyonik gelişim sırasında, mezoderm öncü hücre (MPZ) öncü segment mezodermine (PSM) doğru büyür, hücreler arasındaki boşluk küçülür, hücreler daha kalabalık hale gelir ve tek bir hücrenin hareket aralığı küçülür (kırmızı zikzak çizgiler). Sıvı benzeri bir durumdan katı benzeri bir duruma kadar hücrenin hareket yolunu temsil eder ve süreçte bir blokaj fazı değişikliği meydana gelir. Enerji açısından hücrenin aşması gereken enerji engeli yükselir ve enerji potansiyeli içinde iyi hapsolur ve hareket edemez. | Resim kaynağı: Alessandro Mongera, et al.
Çoğu nesne akışkan bir durumda başlar. Metal yapılardan jelatin tatlılarına kadar üretim süreçleri, önce erimiş ham maddeleri kalıba dökmek ve ardından soğuduktan sonra ihtiyacımız olan katı formu elde etmektir. Campàs, cam heykeller yaparken camı dikkatlice eriten ve ardından yavaşça gerçeğe yakın biçimlere dönüştüren cam sanatçısı ile aynı şey olduğunu açıkladı: embriyodaki bazı bölgelerde "dokuları eritebilen" daha aktif hücreler var. "Yeniden şekillendirilebilen akışkan bir durumda, akış süreci tamamlandığında hücreler" soğuyacak "ve dokunun son şeklini oluşturacaktır.
Campàs, "Sıvı halden katı hale gözlemlediğimiz geçişe fizikte tıkanma denir. Faz değişimini engelleme Bu çok yaygın bir olgudur, düzensiz bir sistemdeki (köpük, emülsiyon, cam gibi) partiküller zorla bir araya getirildiğinde veya soğutulduğunda, blokaj faz değişikliği meydana gelir. "
2. Yeni teknolojilerin getirdiği atılımlarDaha önce Campàs ve ekibi, embriyolardaki hücreler arasındaki etkileşimi ölçebilen ve doku ve organları oluştururken hücrelere zayıf kuvvetler uygulayabilen teknolojiler geliştirdi ve bu teknolojiler en son keşifleri mümkün kıldı.
Zebra balığı, araştırmacıların favori deney nesnesidir, çünkü zebra balığı embriyoları optik şeffaflığa sahiptir ve büyüme süreci insan embriyolarına benzer. Yeni çalışmada, ferromanyetik sıvıyı küçük damlacıklar haline getirmek için zebra balığı embriyoları kullandılar ve bunlar daha sonra büyüyen doku hücreleri arasına yerleştirildi. Çevreleyen hücrelerin itilmesi ve çekilmesi, küresel damlacıkların deforme olmasına neden olarak araştırmacıların, hücrelerin birbirlerine uyguladığı kuvvetleri gözlemlemelerine olanak tanır. Ayrıca bu damlacıkları manyetik hale getirerek dokunun nasıl tepki vereceğini görmek için çevredeki hücrelere zayıf basınç uygulayabilirler.
Zebra balığı embriyo dokusu, hücre sınırlarını (mavi-yeşil: hücre zarı) ve doku yapısını araştırmak için kullanılan manyetik bir damlacık (sarı: manyetik damlacık) gösterir. | Resim kaynağı: Alessandro Mongera
Bu makalenin baş yazarı Alessandro Mongera şunları söyledi: "Son derece küçük, gelişen embriyolara mikro-sondalar yerleştirme zorluğunun üstesinden geldiğimiz için, daha önce ölçülemeyen fiziksel miktarları ölçtük.
(Yukarıda) Manyetik damlacık sınırının eğriliği ölçülerek çizilebilir ve büyütülmüş hücre görüntüsü ile birleştirilebilir. Şekildeki beyaz ok, manyetik damlacık etrafındaki hücreden hücreye temas pozisyonunu gösterir. Manyetik damlacığın eğriliğinin hücreler arasındaki mesafe ile tutarlı olduğu görülebilir. (Alt) Manyetik damlacık, harici manyetik alandan (KAPALI) harici bir manyetik alana (AÇIK) değişir. Damlacık etrafındaki hücrelerin (renkli olarak işaretlenmiş) bir katıya daha yakın bir durum oluşturmak için koordine edeceği ve yeniden düzenleyeceği görülebilir. | Resim kaynağı: Alessandro Mongera, et al.
Campàs şöyle dedi: "Zebra balıkları diğer omurgalılar gibidir. Vücudunuzu ince bir şekle dönüştürmek için şekli olmayan birçok hücreyle başlamalısınız. , Bir ucunda baş, diğer ucunda kuyruk. "Bu sürecin ardındaki hücrelerin fiziksel olarak yeniden düzenlenmesi süreci her zaman bir sır olmuştur. Şaşırtıcı bir şekilde, şimdi araştırmacılar bu hücre popülasyonlarının doku oluşturduğu sürecin fiziksel olarak köpüğe benzediğini keşfettiler. Embriyonik gelişim sırasında bloke ederler. Organizasyon yapısını "dondurmak" ve şeklini belirlemek için.
Embriyonik hücrelerin MPZ'den PSM'ye geçiş sürecini izlemek, hücrelerin hareketliliğinin azaldığını ve buna bağlı olarak hücreler arası temasın sanki kapalıymış gibi azaldığını ve komşu hücreler arasındaki alışverişin sıvı halinin oluşması için gerekli bir faktör olduğunu gösterir. | Resim kaynağı: Alessandro Mongera, et al.
3. Kanser araştırmaları için önemiYeni makale aynı zamanda Campàs grubundaki araştırmacıların embriyonik gelişim ve ilgili alanlardaki diğer süreçlerle, örneğin bir tümörün çevredeki dokuları nasıl fiziksel olarak istila ettiği ve bunun belirli bir 3B şekilde nasıl yapılacağı gibi yeni bir başlangıç noktası da sağlıyor. organ.
Mongera şöyle açıkladı: Kanserin ayırt edici özelliklerinden biri, iki farklı doku yapısı arasındaki geçiştir. Bu geçiş, ilke olarak, dokunun katı bir durumdan sıvı benzeri bir duruma anormal bir geçişi olarak yorumlanabilir. Mevcut araştırmalar, bunun nedenini açıklığa kavuşturmaya yardımcı olabilir. Bir dönüşüm mekanizması ve bu mekanizmayı engellemek için bazı potansiyel ilaç hedeflerini vurgulayın. "
Referans kaynağı:
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0479-2
