گردبادهای سلولی اندام های ما را می سازند —

بدن ما از اندام ها و بافت هایی تشکیل شده است که هر کدام شکل خاص خود را دارند. اما چگونه سلول ها موفق به تشکیل چین های روده یا آلوئول های ریه می شوند؟ آیا امکان بازسازی این اشکال وجود دارد؟ درونکشتگاهی? برای پاسخ به این پرسش‌ها، بیوشیمی‌دانان با فیزیکدانان نظری متحد شده‌اند تا توانایی بافت‌های سلولی را در خود مدل‌سازی خودبه‌خود آزمایش کنند.

کارستن کروز توضیح می‌دهد: «در فیزیک نظری، می‌دانیم که اگر محدودیت‌های فعالی بین سلول‌ها وجود داشته باشد، آن‌ها به خود نظم می‌دهند و به‌طور خود به خود رفتارهای جمعی موسوم به «ظهور» را اتخاذ می‌کنند، زیرا در مقیاس یک سلول وجود ندارند. استاد در گروه های بیوشیمی و فیزیک نظری در دانشکده علوم UNIGE. این تئوری پیش‌بینی می‌کند که یکی از این رفتارهای در حال ظهور، اتخاذ اشکال خاصی توسط یک بافت چند سلولی است. این فرضیه ای است که می خواستیم آن را آزمایش کنیم درونکشتگاهی.

برای انجام این کار، تیم ژنو سلول‌های ماهیچه‌ای انسان را انتخاب کرد که قابلیت انقباض دارند و شکل میله‌ای آن‌ها به آنها اجازه می‌دهد تا خود را در یک راستا قرار دهند: «زمانی که سلول‌ها روی یک سطح صاف قرار می‌گیرند، خود را تراز می‌کنند و ساختارهایی شبیه به مزرعه گندم تشکیل می‌دهند. اورلین روکس، استاد گروه بیوشیمی در دانشکده علوم UNIGE می‌گوید: باد از آن عبور کرده است: یک نظم کلی با تغییر جهت ناگهانی در مکان‌های وقت‌شناس وجود دارد. این تغییرات در جهت “نقص توپولوژیک” نامیده می شود: آنها مکان هایی را نشان می دهند که نیروهای فیزیکی اعمال شده بر سلول ها یا بسیار ضعیف هستند یا برعکس، بسیار زیاد.

نقص های توپولوژیکی باعث ایجاد گردبادهای سلولی می شود

بنابراین این عیوب توپولوژیکی چه تأثیری بر شکل بافت دارند؟ برای درک نقش آنها، تیم بین رشته ای سلول ها را روی دیسک های چسبنده رشد داد. Aurélien Roux توضیح می دهد: “این شامل محدود کردن سلول های ماهیچه ای ما به سطحی است که توسط مولکول های دافعه احاطه شده است که آنها را مجبور به تشکیل یک دایره می کند.” سلول ها به سرعت شروع به چرخش با هم می کنند تا یک مارپیچ منظم را تشکیل دهند. او ادامه می‌دهد: «ما می‌توانیم حرکت خود به خودی سلول‌ها را ببینیم، مانند زمانی که جمعیتی مجبور می‌شوند در یک اتاق قدم بزنند و در نهایت برای راحتی به همان سمت می‌روند».

به این ترتیب، تنها یک نقص توپولوژیکی در مرکز دایره باقی می ماند. کارستن کروزه توضیح می دهد: “ما می بینیم که مارپیچ که نیروهای سلولی را در مرکز خود متمرکز می کند، سلول های تازه تشکیل شده را با تقسیم سلولی در آنجا انباشته می کند. بنابراین، مارپیچ به تدریج تبدیل به یک گرداب می شود و یک برآمدگی در وسط دیسک ایجاد می کند.” . و این برآمدگی می تواند تا نیم میلی متر برسد که برای پایه ای که اندازه آن یک صدم میلی متر نیست بسیار زیاد است. بنابراین تیم ژنو در حال مشاهده یک گردباد سلولی سه بعدی واقعی است که در حال چرخش است.

مورفوژنز سلولی خود به خودی تابع قوانین فیزیک است

محققان دریافتند که سلول های ماهیچه ای به طور خود به خود ساختارهایی شبیه گردباد را تشکیل می دهند که شبیه ساختارهایی است که در رشد جنین مشاهده می شود، مانند انگشتان دست یا چین های لایه روده. Aurélien Roux می گوید: «این خودسازماندهی خود به خودی بدون تنظیم بیوشیمیایی می تواند مرحله اولیه تشکیل برآمدگی ها در جنین باشد. دانشمندان همچنین تاکید کردند که در واقع این نقص‌های توپولوژیکی است که سازماندهی سلول‌ها را کنترل می‌کند و شکلی را که آنها اتخاذ خواهند کرد، تعیین می‌کنند. کارستن کروزه می‌افزاید: «در نهایت، مطالعه ما نشان می‌دهد که سلول‌ها از قوانین فیزیک فرار نمی‌کنند، اما، تحت محدودیت‌های مشابه همه مواد، از آن‌ها برای تمرکز نیروهای خود و ایجاد اشکالی که فقط در موجودات زنده دیده می‌شود، بهره‌برداری می‌کنند».

محققان اکنون نمونه های ساده ای از جنین ها را به منظور مقایسه آنها با مدل های نظری و درونکشتگاهی آزمایش‌ها و درک مکانیسم‌های مختلف ممکن برای تنظیم نیروها در جنین.

منبع داستان:

مواد ارائه شده توسط دانشگاه ژنو. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.