AbMole界面力学交互作用：驱动多层组织形态发生的新机制

AbMole|界面力学交互作用：驱动多层组织形态发生的新机制在生物学领域，形态发生是一个涉及多种生理和病理变化的空间和时间上受调控的过程。除了生化因素，物理因素在形态发生中的调控作用也日益受到关注。然而，形态发生的初始驱动力仍然是一个未解之谜。最近的研究通过结合生物实验、理论分析和数值模拟，揭示了多层组织生长过程中，由层间界面力学相互作用产生的压缩梯度如何自组织地启动形态发生过程。来自北京航空航天大学工程医学院，生物科学与医学工程学院的TailinChen,YanZhao,XinbinZhao等多名研究人员发表了题为《Self-OrganizationofTissueGrowthbyInterfacialMechanicalInteractionsinMultilayeredSystems》的研究成果。在该文章中，研究人员引用了AbMole的NSC23766（目录号M6282）、Y-27632dihydrochloride（目录号M1817）。AbMole（奥默生物）提供高品质抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、化合物库。实验结果表明，在低流动性组织中，随着生长的进行，压缩梯度逐渐增强，并通过触发细胞分裂方向从对称到非对称的转变来诱导组织分层。而在高流动性组织中，压缩梯度是动态的，它诱导细胞重新排列，导致二维平面形态发生而不是三维变形。通过操纵组织流动性、细胞粘附力和机械性能，可以调节形态发生，影响压缩梯度的发展，这在培养的细胞片和鸡胚发育中都有所体现。图1在临界大小的生长单克隆细胞片中出现3D形态发生。研究者们观察到，在鸡羽毛毛囊形态发生过程中，表皮层的发育伴随着从二维单层到三维多层的转变。实验发现，当表皮和真皮层结合培养时，毛囊原基在第二天就会出现，而单独培养的表皮细胞片则无法分层，也没有原基形成，这表明表皮和真皮层之间的相互作用对表皮细胞片的形态发生过程至关重要。此外，随着表皮从单层向多层演变，表皮细胞的形状从扁平变为柱状，与胚胎发育阶段和表皮细胞层数的增加相关。为了研究层间界面力学相互作用在组织形态发生启动中的作用，研究者们开发了一个简单的薄膜/基质系统，由一个自由生长的单克隆细胞片和细胞外基质（ECM）组成。通过连续的活体成像，观察到在细胞片达到一个恒定的临界大小时（直径约1479微米），会稳定地观察到从二维单层到三维多层的转变。这一临界尺寸对于给定的细胞类型是相对恒定的，表明这是一个自组织的机制。图2临界压迫触发细胞分裂重新定位以诱导组织分层。通过理论分析，研究者们提出了一个模型，解释了细胞片在基质上生长时，由于细胞增殖引起的细胞片扩张，会在细胞片和基质层之间产生界面剪切应力（ISS）。由于ISS的方向与相邻层之间的相对运动相反，细胞片会受到指向中心的ISS作用，这与先前的研究结果一致。因此，细胞片中心区域的细胞会比其它区域的细胞承受更高的压缩水平，这通过实验得到了证实。进一步的实验验证了压缩梯度的存在，通过划痕实验和牵引力显微镜（TFM）分析，发现细胞片中心区域的细胞在划痕后显示出更快的扩张和迁移速度，表明压缩应变的释放。此外，通过理论分析，研究者们还预测了细胞片达到三维形态发生的临界尺寸，这取决于细胞片和基质的机械性能以及它们之间的相互作用。通过有限元模拟，研究者们发现当压缩应变超过临界值时，细胞-基质相互作用的变化会显著影响细胞片生长过程中的压缩梯度。最后，研究者们还探讨了组织流动性对二维到三维形态转变的控制作用。通过比较HeLa和MDCK细胞在细胞片生长过程中的行为，发现MDCK细胞片在生长过程中表现出显著的平面形态变化，而没有表现出分层。相比之下，HeLa细胞片则表现出更稳定的细胞面积，并且在达到临界大小时发生了分层。这些结果表明，组织流动性在调节由层间界面力学相互作用驱动的形态发生中起着关键作用，高水平的组织流动性可能通过细胞在平面内的运动会阻止压缩应变能量的积累。图3HeLa和MDCK细胞片在生长过