使用干細胞，科學家在一段時間內已經(jīng)能夠在實驗室中生長器官的一部分，但這與構建一個實際的，功能完備的，功能性的三維器官相去甚遠。對于再生醫(yī)學和發(fā)育生物學的學生來說，這就是為什么了解細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，京都大學前沿生命與醫(yī)學研究所的一個團隊對細胞受到機械應變如何形成眼球結構有了新的認識。

研究小組在《科學進展》雜志上發(fā)表的論文發(fā)現(xiàn)，單個細胞通過感知整個組織變形產(chǎn)生的機械力，共同形成了原始的杯狀結構，即“光杯”。

“過去，我們通過培養(yǎng)胚胎干細胞-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部內陷的組織，” Satoru Okuda解釋說。

“但是尚不清楚單個細胞如何感知和調節(jié)自身以形成那種形狀。”

該團隊開發(fā)了一種計算模擬，可以計算三維組織結構的形成。利用這些知識和過去的實驗數(shù)據(jù)，他們構造了虛擬的前眼，并能夠預測驅動球形成細胞的物理學。

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

奧田繼續(xù)說：“組織變形和視杯邊界上的應變的結合產(chǎn)生了一個鉸鏈，該鉸鏈進一步推動了彎曲細胞，”導致了杯狀結構。

“下一步是使用實際的ES細胞驗證這一預測。”

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

這些發(fā)現(xiàn)揭示了機械力在塑造器官中的新作用，這對形成復雜組織甚至在培養(yǎng)皿中也至關重要。該小組將繼續(xù)調查這些力量，以尋求繼續(xù)發(fā)展再生醫(yī)學領域。

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

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