3d组织形成的基础机制

如果你想建立一个器官，比如移植，你需要用3D思考。

使用干细胞，科学家们已经能够在实验室中生长器官的一部分，但这与构建实际的，完全成形的，功能性的三维器官相差甚远。

对于再生医学和发育生物学的学生来说，这就是理解细胞如何弯曲和移动以形成器官和身体组织的原因。

现在，京都大学边境生命和医学科学研究所的一个团队对于经历机械应变的细胞如何形成眼球的球形结构有了新的认识。

在科学进展中发表，该团队发现，通过感知整个组织变形产生的机械力，单个细胞一起形成一个原始的杯状结构 - 一个“视杯”。

“过去，我们通过培养胚胎干细胞ES细胞成功制造了视杯。为了形成球体，组织需要首先从原始脑组织突出，然后在内部内陷，”第一作者Satoru Okuda解释道。

“但个别细胞如何感知和调节自身以形成这种形状尚不清楚。”

该团队开发了一种计算模拟，可以计算三维组织结构的形成。利用这些知识和过去的实验数据，他们构建了一个虚拟的前驱眼，并能够预测驱动球形细胞的物理学。

他们的发现表明，在视杯形成期间，产生细胞分化模式 - 将细胞推入杯状 - 导致一部分细胞自发地折叠到组织中。由“自弯曲”引起的这种力传播到边界区域，其中其他细胞感知到应变。

“组织变形和光学杯边界上的应变的组合产生了进一步推动弯曲细胞的铰链，”奥田继续说道，“导致杯状结构。”

“下一步是使用实际的ES细胞来验证这种预测。”

利用培养的小鼠ES细胞，该团队在特定点上应用机械应变，并很高兴地发现他们在模拟中预测的钙响应，机械反馈和细胞形状变化。

这些发现揭示了机械力在塑造器官中的新作用，这对形成复杂组织至关重要，即使在培养皿中也是如此。该团队将继续调查这些力量，寻求继续推进再生医学领域。

“虽然我们的研究显示了控制体外器官形状的可能性- 使用基于预测的适当机械刺激 - 目前的技术仍然有限，”首席科学家Mototsugu Eiraku总结道。

“我们希望提高模拟的预测准确性，并在未来重建更复杂的组织和器官。”

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