使用計(jì)算建模和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的組合,一個(gè)研究小組已經(jīng)開發(fā)了新的信息細(xì)胞間的溝通如何影響胚胎干細(xì)胞的分化殖民地。通過提供新的信息溝通的角色在細(xì)胞中,這項(xiàng)研究可能會(huì)導(dǎo)致更好的理解從殖民地獨(dú)立的細(xì)胞的多細(xì)胞瀑樣是如何形成的。的信息可能會(huì)導(dǎo)致新的控制方法多細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)展,可以應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué),藥物測試和其他的研究領(lǐng)域。

研究結(jié)果從喬治亞理工學(xué)院和格萊斯頓之間的合作機(jī)構(gòu),和10月5日在《自然》雜志上報(bào)道了通信。美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)的緊急行為綜合細(xì)胞系統(tǒng)科學(xué)和技術(shù)中心(EBICS)支持這項(xiàng)研究。

“我們的目標(biāo)是控制這樣一個(gè)系統(tǒng)的細(xì)胞直接組織承擔(dān)不同的表型,發(fā)展成不同的復(fù)雜混合物,并自組裝和進(jìn)入非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu),”梅麗莎·坎普說,副教授在華萊士·h·庫爾特生物醫(yī)學(xué)工程系喬治亞理工大學(xué)和艾莫利大學(xué)。”為開發(fā)組織可以作為代理人為篩選藥物或最終植入治療的目的,我們需要如何妥善控制和直接。”

科學(xué)家認(rèn)為,干細(xì)胞分化的模式影響什么樣的細(xì)胞最終將出現(xiàn)分化的過程。

盡管當(dāng)?shù)氐募?xì)胞間相互作用的重要性在不斷發(fā)展的多細(xì)胞系統(tǒng)中,整個(gè)系統(tǒng)一直知之甚少如何調(diào)節(jié)其形態(tài)的過程。更多地了解這一點(diǎn),論文的第一作者,乍得格倫,研究了相鄰細(xì)胞之間的溝通告知這些細(xì)胞的命運(yùn)。理解這種溝通之外,格倫發(fā)現(xiàn)了一個(gè)潛在的機(jī)制“制動(dòng)”分化的速度而不影響整體的模式產(chǎn)生的多細(xì)胞組織。

”之間的協(xié)調(diào)細(xì)胞緊密耦合的給了我們一個(gè)了解它們是如何工作作為一個(gè)群體,”托德·麥克德維特說,格萊斯頓研究所的資深研究員,生物工程和治療科學(xué)教授在加州大學(xué),舊金山。“這反映了一個(gè)團(tuán)隊(duì)與個(gè)人的行為。他們真的協(xié)調(diào)活動(dòng)以快速的方式。這項(xiàng)研究顯示了如何快速一些重要的細(xì)胞行為是由縫隙連接通訊。”

格倫,佐治亞理工學(xué)院的博士畢業(yè),開始項(xiàng)目通過研究對(duì)相鄰細(xì)胞之間的溝通,已允許小分子進(jìn)入毛孔。通過引入信號(hào)分子變成殖民地包含數(shù)以百計(jì)的這些均勻老鼠干細(xì)胞,研究人員觀察到分化始于單個(gè)細(xì)胞的變化。細(xì)胞觸發(fā)模式的區(qū)別,流經(jīng)細(xì)胞,最終導(dǎo)致整個(gè)蟻群的變化。

在更大的規(guī)模和在三維空間中,這種變化導(dǎo)致身體器官的發(fā)展。了解至極的事情可以是controlled-could是如何指導(dǎo)這種轉(zhuǎn)變從單個(gè)細(xì)胞的關(guān)鍵。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察,格倫過程的開發(fā)了一個(gè)模型,允許研究人員研究的一系列相互關(guān)聯(lián)的變量的影響的實(shí)驗(yàn)研究是不可能的。幾百單個(gè)細(xì)胞導(dǎo)致特定的建模預(yù)測,然后研究人員通過實(shí)驗(yàn)測試。

理解和測量細(xì)胞通訊過程中,研究人員使用一種熒光染料顯示當(dāng)信號(hào)分子從一個(gè)細(xì)胞移動(dòng)到鄰國。然后他們使用激光漂白染料從單個(gè)細(xì)胞。測量了多長時(shí)間要替換的染料顯示細(xì)胞的滲透膜和細(xì)胞是如何與鄰國進(jìn)行溝通。

“如果你殺死細(xì)胞,它立即返回綠色,你知道有很多流動(dòng)性和細(xì)胞膜之間的相聲,”坎普解釋道。“如果你殺死細(xì)胞,保持黑暗,細(xì)胞是有效地孤立和沒有溝通與鄰國。”

通過部分阻斷細(xì)胞之間的溝通,否則干擾通信、研究者放緩分化過程但是并沒有改變其模式。“我們能夠改變細(xì)胞行為的方式減緩down-effectively“制動(dòng)”過程,并同時(shí)保持空間信息,”坎普說。“細(xì)胞是在48小時(shí)內(nèi)過程可能看起來像24小時(shí)細(xì)胞。”

計(jì)算模型和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合讓研究小組得出答案,無論是技術(shù)本身可以提供,麥克德維特指出。

“通過建模,可以研究一套更大的比我們可以實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù),”他說。”模型可以預(yù)測,我們可以回去研究實(shí)驗(yàn)看到這些條件如何影響行為。的行為我們測量實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)預(yù)測,和我們有一個(gè)健壯的模型進(jìn)行驗(yàn)證。”

化和坎普一直在研究這個(gè)系統(tǒng)的胚胎干細(xì)胞好幾年了,和新的研究移動(dòng)接近一個(gè)更完整的理解復(fù)雜的系統(tǒng)。

“我們已經(jīng)證明了在一系列的論文在過去的六年里,這個(gè)系統(tǒng)可以建模的復(fù)雜性,”他說。“這篇論文代表了一個(gè)進(jìn)一步向更大的集成信息系統(tǒng)的目標(biāo)。每一個(gè)步驟,我們更接近潛在的控制這些系統(tǒng)到一個(gè)更大的飛躍。”