研究人員開發(fā)出擊敗纖毛的新模式

纖毛是絲狀毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)，幾乎可以在人體的所有細(xì)胞上找到。根據(jù)組織的不同，它們完成了大量的基本任務(wù)，例如在氣管中運輸粘液、提供營養(yǎng)以及在胚胎發(fā)育過程中引起左右不對稱。作為大規(guī)模流體運輸?shù)目刂普撸\動纖毛經(jīng)歷周期性跳動。通過這種方式，它們將機(jī)械信號傳遞給鄰近的纖毛并共同產(chǎn)生所謂的異時波。通常，成千上萬的纖毛參與了這種波的產(chǎn)生，因此需要很好地調(diào)節(jié)它們的運動以確保并優(yōu)化它們的生物功能。由于該現(xiàn)象極其復(fù)雜且具有多尺度性質(zhì)，迄今為止，人們對纖毛自組織成異時波的機(jī)制缺乏理解。“我們的模型可以深入了解纖毛陣列的組織，”該研究的首席研究員兼 MPDS 生命物質(zhì)物理系主任 Ramin Golestanian 教授解釋說。“這是我們第一次能夠預(yù)測形成的異時波的參數(shù)和特性。”

纖毛行為取決于外部和內(nèi)部因素

為纖毛陣列創(chuàng)建此類模型對于了解外部和內(nèi)部因素如何影響系統(tǒng)功能至關(guān)重要。例如，環(huán)境中某些化學(xué)物質(zhì)或成分的濃度變化會引起小范圍的變化，因此可能會改變出現(xiàn)的波浪并導(dǎo)致全身功能障礙。為了理解這一點，我們需要對該現(xiàn)象進(jìn)行多尺度描述。自從幾十年前 GI Taylor 的開創(chuàng)性工作(參見“更多信息”)以來，眾所周知，纖毛之間的流體動力學(xué)相互作用可以導(dǎo)致它們之間的協(xié)調(diào)。換句話說：纖毛的協(xié)調(diào)是由于纖毛的中風(fēng)產(chǎn)生的流動影響了整個陣列的行為，最終導(dǎo)致了異時波。由孟繁龍?zhí)岢龅男履Ｐ?，Rachel Bennett、Nariya Uchida 和 Ramin Golestanian 允許解釋許多獨立搏動的纖毛的條件，這些纖毛協(xié)調(diào)他們的行程。在他們的模型中，作者專注于纖毛的基本特性，例如它們不同的跳動諧波或基因組特征。通過將這些與特征或新興波相結(jié)合，他們創(chuàng)建了一個強(qiáng)大的理論框架來描述纖毛陣列。

因此，新模型能夠解釋改變的特性并預(yù)測纖毛陣列的集體行為。Golestanian 補(bǔ)充說：“由于這可以在微觀層面上更好地了解組織，因此該研究為眾多潛在應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。” 它們可能包括生物樣本故障的診斷評估、治療纖毛行為的新方法或使用異時波的人工系統(tǒng)工程。

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