细胞迁移模式
想象一下，细胞在化学信号和环境的物理景观的引导下，穿过一个复杂的迷宫。 马里兰大学巴尔的摩县分校 （UMBC） 的一个研究小组使用果蝇卵室作为模型系统，为细胞如何在这个身体组织迷宫中移动或迁移做出了一项重要发现。 潜在影响包括更好地了解癌症等疾病和推进医学治疗。 出版了 iniScience，该团队的研究结合了生物实验和数学，以揭示对细胞迁移的新见解。 通过将数学建模与高级成像相结合，该团队发现蛋室的物理形状与称为化学引诱剂的化学信号相结合，会显着影响细胞的运动方式。 “本文以跨学科为重点，在数学框架和实验设计之间密切合作，”UMBC 数学家和合著者布拉德·皮尔西 （Brad Peercy）。 “结果促进了这样一种观点，即化学引诱剂的复杂分布可以解释迁徙运动的特定变化。” Peercy 的热情凸显了这项研究的创新方法，该方法将精确的数学模型与现实世界的生物实验相结合，以揭示以前看不见的模式。 跟随面包屑 该团队的工作重点是边界细胞，这是一种果蝇卵室中的细胞，是一种模型系统，因为它们与人类发育和疾病的过程相似。 该团队发现，边界细胞的运动并不像早期模型所表明的那样，不仅仅是由不断增加的化学浓度从卵室的一端到另一端驱动。 相反，组织的物理结构——窄管与较宽的间隙交替——起了关键作用。 “这是我们第一次描述存在这些最终与组织几何形状的各个方面相关的迁移行为模式，“生物学家 Alex George 解释说，他是完成博士学位的合著者。 2024 年在 UMBC 的博士生，并将在几周后开始在达特茅斯的 Geisel 医学院进行博士后研究。 他将迁移过程比作 Hansel 和 Gretel 沿着面包屑穿过森林：在平坦的平原上，小径很清晰，但在有沟壑和山谷的景观中，面包屑以意想不到的方式汇集，使路径复杂化。 为了理解这一点，合著者 Naghmeh Akhavan 完成了她的博士学位。 今年春天在 UMBC 的数学课程中，开发了模拟细胞如何同时响应化学信号和组织几何形状的数学模型。 “Alex 的实验表明，速度并不完全是以前的模型显示的方式，”她说。 她的模型显示，细胞在狭窄的试管中加速，在较大的间隙中减慢，George 的成像证实了这一模式。 两者方法 -- 湿实验室实验和建模 -- 为这项工作带来了独特的优势。 George 说，将它们放在一起“就像从两个不同的角度揭开看不见的东西”。 “我的实验会改进她的模型，而她的模型也会改进我的实验。” 然后，“当我们的模型准确地展示了 Alex 在他的实验中发现的东西时，我们很喜欢这一点，”Akhavan 补充道。 新策略，新发现 该研究的更广泛影响在于其为其他领域提供信息的潜力发育生物学。 细胞迁移在伤口愈合、免疫反应和癌症转移等过程中至关重要。 “大多数关于细胞如何导航世界的研究都只关注化学信号或结构信号，所以这是最早考虑这两件事如何相互影响的研究之一，这在许多情况下可能是相关的，”UMBC 生物学家和合著者 Michelle Starz-Gaiano 解释说。 通过显示组织几何形状和化学信号如何相互作用，该研究可以指导通过药物治疗控制细胞运动的新策略。 该团队的工作不断发展，包括最近在弗吉尼亚州 Janelia 研究园区的高级成像中心进行的实验，George 在那里使用专门的显微镜捕捉了以前看不见的相关化学引诱剂的动力学。 这些发现将进一步完善团队的模型，为研究开辟新的途径。 “我们正在开发新的实验策略在生物学和数学方面，“Starz-Gaiano 说，”所以看看这下一步会把我们带到哪里，这将是令人兴奋的。