使用干細(xì)胞，科學(xué)家在一段時間內(nèi)已經(jīng)能夠在實驗室中生長器官的一部分，但這與構(gòu)建一個實際的，功能完備的，功能性的三維器官相去甚遠(yuǎn)。對于再生醫(yī)學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的學(xué)生來說，這就是為什么了解細(xì)胞如何彎曲并移動以形成器官和身體組織的熱門話題。

如今，京都大學(xué)前沿生命與醫(yī)學(xué)研究所的一個團(tuán)隊對細(xì)胞受到機(jī)械應(yīng)變?nèi)绾涡纬裳矍蚪Y(jié)構(gòu)有了新的認(rèn)識。

研究小組在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表的論文發(fā)現(xiàn)，單個細(xì)胞通過感知整個組織變形產(chǎn)生的機(jī)械力，共同形成了原始的杯狀結(jié)構(gòu)，即“光杯”。

“過去，我們通過培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞-ES-成功地制造了視杯。要形成一個球形，首先要從原始大腦組織中伸出來然后在其內(nèi)部內(nèi)陷的組織，” Satoru Okuda解釋說。

“但是尚不清楚單個細(xì)胞如何感知和調(diào)節(jié)自身以形成那種形狀。”

該團(tuán)隊開發(fā)了一種計算模擬，可以計算三維組織結(jié)構(gòu)的形成。利用這些知識和過去的實驗數(shù)據(jù)，他們構(gòu)造了虛擬的前眼，并能夠預(yù)測驅(qū)動球形成細(xì)胞的物理學(xué)。

他們的發(fā)現(xiàn)表明，在視杯形成過程中，會產(chǎn)生細(xì)胞分化模式，即將細(xì)胞推入杯狀，從而導(dǎo)致一部分細(xì)胞自發(fā)折疊進(jìn)入組織。由“自彎曲”引起的力傳播到邊界區(qū)域，其他細(xì)胞在該區(qū)域感知應(yīng)變。

奧田繼續(xù)說：“組織變形和視杯邊界上的應(yīng)變的結(jié)合產(chǎn)生了一個鉸鏈，該鉸鏈進(jìn)一步推動了彎曲細(xì)胞，”導(dǎo)致了杯狀結(jié)構(gòu)。

“下一步是使用實際的ES細(xì)胞驗證這一預(yù)測。”

利用培養(yǎng)中的小鼠ES細(xì)胞，研究小組在特定點上施加了機(jī)械應(yīng)變，并高興地檢測到了它們在模擬中預(yù)測的鈣反應(yīng)，機(jī)械反饋和細(xì)胞形狀變化。

這些發(fā)現(xiàn)揭示了機(jī)械力在塑造器官中的新作用，這對形成復(fù)雜組織甚至在培養(yǎng)皿中也至關(guān)重要。該小組將繼續(xù)調(diào)查這些力量，以尋求繼續(xù)發(fā)展再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

“盡管我們的研究表明可以控制體外制作的器官的形狀-使用基于預(yù)測適當(dāng)?shù)臋C(jī)械刺激-目前的技術(shù)仍然是有限的，”總結(jié)**科學(xué)家Mototsugu Eiraku。

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