• 科学家设计了测量3D组织,活胚胎中力的方法

    2019-06-12 14:16:21

    科学家设计了测量3D组织,活胚胎中力的方法 2013年12月10日 随着胚胎组织的发育,细胞相互推拉,它们必须正确地进行,才能使组织正常发育。 现在,哈佛大学的科学家们已经设计出

      科学家设计了测量3D组织,活胚胎中力的方法

      2013年12月10日

      随着胚胎组织的发育,细胞相互推拉,它们必须正确地进行,才能使组织正常发育。

       现在,哈佛大学的科学家们已经设计出第一种在三维(3D)组织和活体胚胎中测量这些力的方法。

      该方法涉及注入微小的油滴,可以为诊断癌症,高血压,结缔组织疾病等提供新的工具。哈佛大学威斯生物工程研究所和哈佛工程与应用科学学院(SEAS)的科学家于12月8日在线自然方法报告了这项工作。

      “现在我们可以定量细胞力量,我们可以找到全新的方法来诊断改变细胞收缩性和组织僵硬的极其广泛的疾病,” Don Ingber,博士,博士,Wyss研究所创始主任,SEAS生物工程教授,该研究的高级作者。 “同样重要的是,我们可以回答几十年来一直处于休眠状态的关于发展的关键问题。”

      生物组织不仅仅是坐在体内 - 它们不断运动,细胞拉扯并轻推其他细胞和细胞外基质 - 将细胞编织在一起组织的分子支架。结果,组织处于动态张力状态,如部分拉伸的橡皮筋。

      对实验室培养细胞的研究表明,机械力在调节生物学功能和化学物质和基因方面同样重要。

      但科学家无法研究胚胎发育过程中的那些控制机制,因为他们无法量化活组织中特定位置的机械力。

      这种力量特别重要,因为身体从受精卵发展成具有特殊形状和功能的组织和器官 - 这一过程称为形态发生。研究形态发生的生物学家知道,随着胚胎的发育,机械力使细胞繁殖,转向其适当的位置,并专攻。但他们长期专注于详细描述指导和协调这一过程的基因和细胞通路,而不是细胞力的作用 - 仅仅因为他们没有测量这些力量的工具,Otger Camp-s博士说。 ,机械工程助理教授,在加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)担任Mellichamp系统生物学主席。 Camp-s是Wyss Institute和SEAS的前博士后研究员。

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      “塑造组织和器官涉及遗传学和物理学之间的相互作用。如果你无法衡量它的物理方面,你就无法完全理解这个问题,“ Camp-s说。

      科学家之前已经开发了几种方法来定量细胞在实验室培养皿中生长时如何相互推拉。但是,当细胞在自然环境中构建3D组织时,它们没有很好的方法来测量这些力。

      Camp-s决定发明一个。作为一名博士生,他曾使用油滴来测量驱动细胞运动的蛋白质细丝网络所施加的力。受到这项工作的启发,他决定尝试使用油微滴作为活组织中的力传感器。

      Camp-s和Ingber发现了一种叫做碳氟化合物的特殊油,它与细胞膜保持分离,就像水中的油一样,对细胞和组织是安全的。然后他们设计了一种特殊的液滴涂层,使其粘附在细胞或细胞外基质上。这使他们能够测量细胞如何在活组织内推拉。

      他们还用一种化学物质涂覆液滴,当用激光照射时,它们的表面发光,然后在显微镜下录像,细胞拉动并按压3D液滴。油滴本身是球形的,但挤压或拉伸它们就像挤压或拉伸水球一样使它们变形。通过测量每个液滴的变形程度,科学家们可以精确计算附着在其上的相邻细胞和细胞外基质对其施加的力。

      使用这种新方法,科学家们能够定量实验室培养的小鼠乳腺肿瘤细胞的三维聚集体内以及来自胚胎小鼠颌的活体三维组织内的力。他们发现,一个单独的细胞施加了巨大的力 - 液滴的压力是蚂蚁颚的24倍 - 并且细胞在培养的聚集体中施加与组织相同的力,从而增加了对方法准确性的信心。

      在他在加州大学圣地亚哥分校的新实验室中,Camp-s现在使用这种方法来确定形成鱼,鸡和其他生物中不同胚胎结构的力的空间模式。

      资料来源:哈佛大​​学Wyss生物启发工程研究所