曲面在生物組織中隨處可見。例如，它們提供了腸道吸收營養(yǎng)或肺部氣體交換所需的增加的表面積。越來越多的證據(jù)表明，細胞能夠感知它們是處于平坦還是彎曲的環(huán)境中。三維曲率可以影響許多過程，例如細胞的運動、干細胞的發(fā)育，甚至疾病的進展。然而，細胞感知曲率及其最終決定其行為的潛在機制尚不清楚。
現(xiàn)在，由比利時蒙斯大學博士生 Marine Luciano 和 Sylvain Gabriele 教授與奧地利 IST博士后 Shi-Lei Xue 和 Edouard Hannezo 教授合作的一項自然物理學研究發(fā)現(xiàn)了一些新發(fā)現(xiàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境曲率變化調(diào)節(jié)細胞行為的機制。
Gabriele 的團隊開發(fā)了一種使用軟水凝膠在曲面上生長細胞的方法，以一種非常可控的方式重現(xiàn)了在活組織中觀察到的折疊模式 - 由長分子在它們之間捕獲水的凝膠。這很重要，因為很難清楚地觀察復雜活組織中曲率的影響。它們根據(jù)自己的形狀有許多反饋回路，因此很難區(qū)分因果關系。這些特殊構造的表面有大小從百分之一到十分之一毫米的山谷和山脈。實驗表明，在這些表面上生長的細胞傾向于在山上薄薄地擴散并在山谷中聚集。
在 IST Austria，Xue 和 Hannezo 開發(fā)了一個關鍵的理論模型，可以解釋細胞在表面上的實驗分布。他們使用了能量最小化的簡單物理原理。他們的細胞模型受到泡沫物理學的啟發(fā)，并導致了解曲率如何控制表面上細胞的分布，以及它們在一個區(qū)域的形狀和密度。眾所周知，細胞可以感知周圍其他細胞的密度，這控制著它們的生化機制。因此，干細胞的關鍵標志物 Yes 相關蛋白 (YAP) 等生化物質(zhì)通過密度感應受到曲率的影響。
這項研究確定了曲率感應如何影響細胞發(fā)育中的多種途徑。這種結合物理化學、細胞生物學和理論物理學的跨學科研究再次揭示了迄今為止知之甚少的細胞機制。
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