研究人员使用3D映射发现阻碍生物学的过程

当我们在皮肤上受伤时，我们体内的细胞会迅速动起来进行修复。虽然已经知道细胞如何治愈伤口以及如何形成疤痕，但是由圣路易斯华盛顿大学的研究人员领导的研究小组首次确定了这一过程的开始，这可能会为伤口愈合，纤维化和癌症转移提供新的见解。 。

该团队由McKelvey工学院NSF工程力学生物学科学与技术中心(CEMB)博士后研究员Delaram Shakiba领导，发现了结缔组织中成纤维细胞或常见细胞与细胞外基质相互作用的方式，为细胞提供结构支持以及生化和生物力学提示。研究小组发现了一个递归过程，该递归过程在单元格及其周围环境以及单元格中以前未知的结构之间进行。

研究结果于7月28日发表在ACS Nano上。该论文的资深作者是McKelvey工学院机械工程学教授Harold和Kathleen Faught的Guy Genin，以及美国生物化学和分子生物物理学名誉教授Elliot Elson。医学院。

Shakiba说：“防止疤痕和纤维化等纤维收缩性疾病发展的临床努力在很大程度上没有成功，部分原因是不清楚细胞用来与周围蛋白纤维相互作用的机制。”“我们发现成纤维细胞在这些相互作用的早期阶段(我认为是最可治疗的)使用完全不同的机制，因此它们对药物的反应可能与后期阶段相反。”

CEMB的共同负责人Genin表示，这一过程使机械生物学研究人员陷入困境已有一段时间。

Genin说：“机械生物学领域的研究人员认为，细胞可以通过伸出长的突起，抓住并拉回来从细胞外基质中吸收胶原蛋白。”“我们发现情况并非如此。细胞必须先通过胶原蛋白将其推出，然后再不进行抓紧，而是从手臂两侧射出细小的毛发或丝状伪足，从而吸收胶原蛋白。方式，然后缩回。”

Genin说，既然他们了解了这一过程，就可以控制细胞的形状。

他说：“与宾夕法尼亚大学CEMB的同事一起，我们能够验证一些数学模型以完成工程流程，现在我们有了细胞遵循的基本规则。”“我们现在可以开始设计特定的刺激，指导细胞以某种方式在构建组织工程结构中发挥作用。”

研究人员了解到，他们可以通过两种方式控制细胞的形状：首先，通过控制细胞周围的边界，其次，通过抑制或上调与胶原蛋白重构有关的特定蛋白质。

成纤维细胞将伤口的边缘拉在一起，使其收缩或闭合。然后，细胞中的胶原蛋白会重塑细胞外基质，从而完全闭合伤口。这就是机械生物学的作用。

Genin说：“新暴露于纤维蛋白的细胞内部的张力与压缩之间存在平衡。”Genin说：“肌动蛋白电缆存在张力，通过平衡，我们可以使这些突起变得非常长。”“我们可以停止重塑的发生，也可以增加重塑。”

该团队使用了3D映射技术-首次将其应用于胶原蛋白-以及计算模型来计算由细胞突起产生的3D应变和应力场。随着细胞积累胶原蛋白，张力驱动的胶原蛋白重构和排列导致胶原蛋白束的形成。这需要细胞之间的协同相互作用，细胞可以通过这种相互作用进行机械相互作用。