معلومة

الخلايا في الأنسجة

الخلايا في الأنسجة


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الأنسجة (علم الأحياء): في علم الأحياء ، الأنسجة عبارة عن مستوى تنظيمي خلوي وسيط بين الخلايا وعضو كامل. النسيج عبارة عن مجموعة من الخلايا المتشابهة من نفس الأصل والتي تؤدي معًا وظيفة معينة (ويكيبيديا) هل جميع الخلايا من نوع ما؟

في تعريف الأنسجة ما هو من نفس الأصل؟


ما تقوله هو صحيح معظم الخلايا في الأنسجة من نفس النوع. ومع ذلك ، كما هو الحال مع معظم القواعد في علم الأحياء ، هناك دائمًا استثناء لهذه القواعد. لا يوجد سوى أربعة أنواع من الأنسجة (يمكن تقسيمها إلى أقسام فرعية أخرى): الأنسجة العضلية والظهارية والضامة والعصبية. أبضا أنسجة عضلية يتكون من مجموعة من الخلايا العضلية (خلايا العضلات). لذلك ، فإن الإجابة على سؤالك ستكون نعم ، فإن الخلايا الموجودة في الأنسجة (إن لم تكن كلها ، إذن) كلها تقريبًا من نفس النوع.


تتكون العديد من أنواع / أنواع الخلايا المختلفة من نسيج واحد. على سبيل المثال ، يمكن أن يحتوي النسيج الظهاري لجلد الثدييات على خلايا تنتج الشعر ، أو تفرز العرق ، أو لا تفعل أيًا من هذه الأشياء ولكنها تعمل ببساطة كحاجز. هذه الخلايا كلها نسيج طلائي. فيما يلي مثال آخر على تنوع أنواع الخلايا في نسيج واحد: خلايا الدماغ هي جزء من "النسيج العصبي" ، ولكن هناك الآلاف من الأنواع المختلفة من الخلايا العصبية (العدد الدقيق يتزايد بالفعل ؛ راجع هذا الموقع ، مكان التقاط هذه الصورة).

الدم هو من الناحية الفنية نسيج ، ومع ذلك هناك العديد والعديد من أنواع خلايا الدم المختلفة.

بالإشارة إلى سؤالك الثاني ، تشترك الخلايا في أصل مشترك في نسيج لأنها تأتي من عدد صغير من الخلايا السليفة ، مثل تصوير خلايا الدم في الصورة أعلاه.


AP Biology: أنواع الخلايا والأنسجة

تبطن الخلايا المتخصصة داخل أوعيتنا الدموية. تساعد هذه الخلايا في التحكم في تضيق الأوعية وتوسعها وتلعب دورًا مهمًا في نفاذية الأوعية الدموية. يمكن calssified هذه الخلايا على أنها أي مما يلي؟

تبطن الخلايا البطانية الأجزاء الداخلية من الأوعية الدموية والأوعية اللمفاوية ولها العديد من الوظائف المهمة ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر تلك الموصوفة في السؤال. وظيفة إضافية للخلايا البطانية هي تورطها في تخثر الدم.

تصطف البطانة عمومًا مسارات داخلية بالكامل (مثل نظام الأوعية الدموية) ، بينما تصطف الظهارة عمومًا مسارات مفتوحة على البيئة الخارجية (مثل الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي). الخلايا العصبية متخصصة في إرسال الإشارات ، وخلايا الدم الحمراء متخصصة في نقل الأكسجين.

مثال السؤال رقم 1: فهم الخلايا الظهارية والبطانية

أي مما يلي هو ليس تتكون من خلايا طلائية؟

بطانة غرف القلب

بطانة المسالك المعوية

بطانة غرف القلب

تتكون الخلايا الظهارية من خارج الجسم ، أي الجلد وبطانة الأنظمة التي تتصل بخارج الجسم ، مثل الجهاز التنفسي والإفرازي والجهاز الهضمي. المعدة جزء من الجهاز الهضمي مثلها مثل الأمعاء. إن معرفة أن الجهاز الهضمي مبطن بالخلايا الظهارية يسمح لنا بإزالة بطانة الأمعاء من خيارات الإجابة. وبالمثل ، فإن الحويصلات الهوائية هي جزء من الجهاز التنفسي والنيفرون جزء من الجهاز الإخراجي.

بطانة غرف القلب هي جزء من بطانة الأوعية الدموية ، وهي مصنوعة من الخلايا البطانية ولا تتعرض للبيئة الخارجية.

مثال السؤال رقم 3: فهم الخلايا الظهارية والبطانية

أي من هذه ليست تصنيفًا للخلية الظهارية؟

يُصنف النسيج الظهاري عادةً بطريقتين: شكل الخلايا وتنظيمها. يمكن أن يكون شكل الخلية مسطحًا ومضلعًا (حرشفًا) ، ممدودًا ومستطيلًا (عموديًا) ، أو قصيرًا ومستطيلًا (مكعبة). يمكن العثور على الخلايا في طبقة واحدة (بسيطة) أو طبقات متعددة (طبقية). عادة ما تكون الظهارة الطبقية الكاذبة عمودية الشكل وتتكون من طبقة خلية واحدة لها مظهر طبقات متعددة.

Sprilli هو تصنيف للبكتيريا الحلزونية الشكل.

مثال السؤال رقم 4: فهم الخلايا الظهارية والبطانية

أي من البنى التالية للعين الفقارية يتحكم في كمية الضوء الداخل إلى حدقة العين؟

يدخل الضوء إلى العين من خلال الحدقة ويتركز في الجزء الخلفي من العين لتشكيل صورة على الشبكية. تحتوي شبكية العين على قضبان وأقماع يمكنها تحويل الصورة إلى إشارات ضوئية ليقوم الدماغ بتفسيرها.

القزحية هي العضلة حول التلميذ التي تسمح لها بالتمدد أو الانقباض. سيؤدي تغيير حجم بؤبؤ العين إلى تغيير كمية الضوء التي تدخل العين.

تربط العضلات الهدبية العدسة بالصلبة (الجزء الأبيض الخارجي من العين). سيؤدي التعاقد أو إرخاء هذه العضلات إلى تغيير النقطة المحورية للعدسة ، مما يسمح للعين بتركيز الصورة بشكل صحيح على شبكية العين. لا تؤثر العضلات الهدبية والعدسة على كمية الضوء التي تدخل العين.

الجسم الهدبي مجاور للعضلات الهدبية وينتج الخلط المائي ، وهو سائل يملأ الفراغ بين القرنية والعدسة.

مثال السؤال رقم 5: فهم الخلايا الظهارية والبطانية

ما هي وظيفة الخلايا الظهارية المكعبة في جسم الإنسان؟

تشارك الخلايا المكعبة الظهارية في إفراز وامتصاص في نظام الإفرازات في بطانة الغدد.

مثال السؤال رقم 6: فهم الخلايا الظهارية والبطانية

ما هي الوظيفة المتخصصة للظهارة الطبقية؟

الحماية من القوى الميكانيكية والكيميائية

الامتصاص والترشيح

الدعم الهيكلي للأنسجة

الحماية من القوى الميكانيكية والكيميائية

تتكون الظهارة الطبقية من طبقتين أو أكثر من الخلايا الظهارية. زيادة عدد الخلايا المرتبطة بالظهارة الطبقية تخلق وظيفة أكثر تعقيدًا ، وتشارك الظهارة الطبقية في الحماية من القوى الميكانيكية والكيميائية.

مثال السؤال رقم 1: فهم الخلايا الظهارية والبطانية

أي مما يلي يصف دور النسيج الظهاري في جسم الإنسان بشكل أفضل؟

دعم وربط أنواع مختلفة من الأنسجة والأعضاء

عقد لخلق الحركة

ينقل الإشارات الكيميائية والكهربائية

العمل كحاجز تنظيمي بين موقعين في الجسم

العمل كحاجز تنظيمي بين موقعين في الجسم

يبطن النسيج الظهاري الأوعية الدموية والأعضاء والتجاويف في جسم الإنسان. تتمثل الوظيفة الأساسية للنسيج الظهاري في تنظيم الإفراز والامتصاص والنقل عبر الأسطح. بالإضافة إلى ذلك ، يلعب النسيج الظهاري دورًا في حماية الإشارات وكشفها ، وبالتالي فإن دور النسيج الظهاري هو العمل كحاجز تنظيمي.

مثال السؤال رقم 8: فهم الخلايا الظهارية والبطانية

يمكن أن تكون الخلايا الظهارية أي من الأشكال التالية؟

يمكن تصنيف الخلايا الظهارية حسب الشكل أو الشكل. توجد الخلايا الظهارية في الأشكال التالية: الحرشفية أو العمودية أو المكعبة.

مثال السؤال رقم 9: فهم الخلايا الظهارية والبطانية

أي مما يلي ليس وظيفة النسيج الظهاري؟

يعمل النسيج الظهاري كحاجز في جسم الإنسان. وظائف النسيج الظهاري واسعة وتشمل الامتصاص الانتقائي ، والإفراز ، والنقل ، والحماية.

مثال السؤال رقم 1: فهم الخلايا الظهارية والبطانية

أي مما يلي يصف بشكل أفضل شكل الخلايا الحرشفية في الأنسجة الظهارية؟

هم أوسع من طولهم

هم أطول مما هم عليه

الطول والعرض متساويان

هم أوسع من طولهم

تحتوي الخلايا الظهارية على ثلاثة أشكال مختلفة: الحرشفية ، المكعبة ، والعمودية. الخلايا الحرشفية أعرض من طولها. وبعبارة أخرى ، فهي مسطحة.

جميع موارد علم الأحياء AP

الإبلاغ عن مشكلة مع هذا السؤال

إذا وجدت مشكلة تتعلق بهذا السؤال ، فيرجى إخبارنا بذلك. بمساعدة المجتمع يمكننا الاستمرار في تحسين مواردنا التعليمية.


تعمل بعض الخلايا كخلايا فردية ولا ترتبط ببعضها البعض. خلايا الدم الحمراء خير مثال. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في نقل الأكسجين إلى الخلايا الأخرى في جميع أنحاء الجسم ، لذلك يجب أن تكون قادرة على التحرك بحرية عبر الجهاز الدوري. على النقيض من ذلك ، تعمل العديد من الخلايا الأخرى مع خلايا أخرى مماثلة كجزء من نفس النسيج ، لذا فهي مرتبطة ببعضها البعض ولا يمكنها التحرك بحرية. على سبيل المثال ، ترتبط الخلايا الظهارية المبطنة للجهاز التنفسي ببعضها البعض لتشكيل سطح مستمر يحمي الجهاز التنفسي من الجزيئات والمخاطر الأخرى في الهواء.

يمكن أن تنقسم العديد من الخلايا بسهولة وتشكل خلايا جديدة. تموت خلايا الجلد باستمرار ويتم التخلص منها من الجسم واستبدالها بخلايا جديدة للجلد ، ويمكن أن تنقسم خلايا العظام لتشكيل عظام جديدة للنمو أو الإصلاح. من ناحية أخرى ، يمكن لبعض الخلايا الأخرى - مثل بعض الخلايا العصبية - أن تنقسم وتشكل خلايا جديدة فقط في ظل ظروف استثنائية. لا يمكن أن تلتئم إصابات الجهاز العصبي (مثل قطع الحبل الشوكي) بشكل عام عن طريق إنتاج خلايا جديدة ، مما يؤدي إلى فقدان الوظيفة بشكل دائم.

تقوم العديد من الخلايا البشرية بالوظيفة الأساسية لإنتاج مادة معينة وإفرازها ، مثل الهرمون أو الإنزيم. على سبيل المثال ، تنتج خلايا خاصة في البنكرياس وتفرز هرمون الأنسولين الذي ينظم مستوى الجلوكوز في الدم. تنتج بعض الخلايا الظهارية التي تبطن الممرات القصبية المخاط ، وهي مادة لزجة تساعد على حبس الجزيئات في الهواء قبل أن تمر إلى الرئتين.


جدول المحتويات

محتويات
المساهمون في المجلد 3
مقدمة للمجلد 3
مقدمة للمجلد 1
مقدمة للمجلد 2
محتويات المجلد 1
محتويات المجلد 2
1. التنظيم الجزيئي للخلايا والأنسجة في الثقافة
I. مقدمة
II. أساليب
ثالثا. التنظيم الخلوي على المستوى الجزيئي
رابعا. التليف في زراعة الأنسجة
مراجع
2. زراعة الأنسجة في علم الأحياء الإشعاعي
أولا مقدمة تاريخية
II. آثار الإشعاع على تكاثر الخلايا
ثالثا. آثار الإشعاع على نمو الأنسجة والثقافات الخلوية
رابعا. تأثير الإشعاع على نمو الخلايا المعزولة
V. تشعيع أجزاء مختارة من الخلية
السادس. بعض الطرق الخاطئة في قياس النمو
سابعا. موت الخلايا غير الانقسامية
ثامنا. التغيرات التنكسية في السيتوبلازم
التاسع. الإشعاع وتمايز الخلايا
X. الحساسية الإشعاعية للخلايا الخبيثة
الحادي عشر. العوامل الكيميائية المؤثرة في الحساسية الإشعاعية
ثاني عشر. آثار الإشعاع على وسط الثقافة
الثالث عشر. مقارنة بين الحساسية في المختبر والحساسية في الجسم الحي
الرابع عشر. مقارنة بين أنواع مختلفة من الإشعاع المؤين
الخامس عشر. آثار الأشعة فوق البنفسجية
السادس عشر. استنتاج
مراجع
3. آثار غزو الكائنات الحية على الخلايا والأنسجة في الثقافة
I. مقدمة
II. الكائنات الاوليه
ثالثا. بكتيريا
رابعا. الميكوبلازما (PPLO)
في مياجاوانيلا
السادس. فيروسات الجدري
سابعا. فيروسات الهربس
ثامنا. الفيروسات الغدية
التاسع. فيروسات بابوفا
X. الفيروسات المخاطية
XL Avian Sarcomas والأورام اللمفاوية
ثاني عشر. فيروسات بيكورنا
الثالث عشر. فيروسات أربوفيروس
الرابع عشر. فيروسات متنوعة
الخامس عشر. اعتذار وخاتمة
مراجع
4. زراعة الخلايا والأنسجة والأعضاء في أبحاث الفيروسات
I. مقدمة
II. عزل الفيروسات في زراعة الأنسجة
ثالثا. التعرف على الفيروسات
رابعا. معايرة الفيروسات
خامسا - تكاثر الفيروسات
السادس. علم الوراثة الفيروسية
سابعا. إنتاج لقاحات الفيروسات
ثامنا. تحويل الخلايا بالفيروسات
التاسع. دراسات الفيروسات في ثقافات الأعضاء
مراجع
5. إنتاج الأجسام المضادة في زراعة الأنسجة
I. مقدمة
II. محاولات مبكرة للدراسات المخبرية
ثالثا. دراسات حديثة في المختبر
رابعا. مجتمعة في الدراسات المجراة في المختبر
خامسا الاستنتاجات
مراجع
6. زراعة الأنسجة في علم الأدوية
I. مقدمة
II. طرق تقييم النشاط الدوائي
ثالثا. زراعة الأنسجة في أنظمة الفحص في العلاج الكيميائي للسرطان
رابعا. زراعة الأنسجة في دراسة العوامل النشطة دوائيا
مراجع
7. الأنسجة اللافقارية وزراعة الأعضاء في أبحاث الخلايا
I. مقدمة
II. تصميم الإعلام الثقافي
ثالثا. تحضير المواد والتقنيات
رابعا. مصادر الخلايا والأنسجة
V. النمو حسب انقسام الخلايا في ثقافات الأنسجة
السادس. تجميع الخلايا المنفصلة
سابعا. ثقافة الأعضاء والأجنة في الدراسات التنموية
ثامنا. زراعة الأنسجة اللافقارية في علم الأمراض
مراجع
8. مقدمة والطرق المستخدمة في زراعة الأنسجة النباتية
I. مقدمة
II. تقنيات زراعة الأعضاء والأنسجة والخلايا الحرة
مراجع
9. التغذية والتمثيل الغذائي لأنسجة النبات وثقافات الأعضاء
I. مقدمة
II. جوانب التغذية غير العضوية
ثالثا. جوانب التغذية بالنيتروجين والتمثيل الغذائي
رابعا. متطلبات الكربوهيدرات والتأثيرات الفسيولوجية للسكريات وكحول السكر
V. فيتامين التغذية
السادس. متطلبات المواد المنظمة للنمو
سابعا. مسارات التخليق الحيوي ، & quot؛ علم الوراثة البيوكيميائية & quot والتكيف في ثقافات الأعضاء والأنسجة
ثامنا. إطلاق المستقلبات في وسط الثقافة
التاسع. مواجهة مقاومة النمو في الثقافة مع بعض الأعضاء والأنسجة والخلايا
مراجع
10. النمو والتمايز وتكوين الأعضاء في الأنسجة النباتية وثقافة الأعضاء
I. مقدمة
II. النمو والتمايز في الجذور المستنبتة
ثالثا. تكوين الأنسجة في ثقافات الكالس
رابعا. النمو والتمايز في الثقافات المعلقة
خامسا - استنتاجات عامة
مراجع
11. استخدام زراعة الأنسجة في أمراض النبات
I. مقدمة
II. مرض تاج المرارة
ثالثا. الأورام الجينية
رابعا. أورام الفيروسات
أورام شجرة التنوب
السادس. أورام السرخس
سابعا. عوارض الحشرات
ثامنا. النيماتودا
التاسع. الأمراض البكتيرية
X. الأمراض الفطرية
الحادي عشر. أمراض الفيروسات
مراجع
فهرس المؤلف
مؤشر التصنيف
دليل الموضوع


القوى في بيولوجيا الخلية

علم الأحياء الميكانيكي - دراسة كيفية سيطرة القوى الفيزيائية على سلوك الخلايا والأنسجة - هو مجال سريع النمو. في هذا العدد ، نطلق سلسلة من مقالات المراجعة المفوضة خصيصًا والتي تناقش التطورات الأخيرة المثيرة في هذا المجال.

لا يتم توجيه سلوك الخلية بواسطة الإشارات الكيميائية فحسب ، بل أيضًا بالخصائص الميكانيكية للخلايا وبيئتها. الخلايا قادرة على استشعار وتحويل المدخلات الميكانيكية الخارجية إلى إشارات بيوكيميائية وكهربائية تؤثر على عمليات مثل تكاثر الخلايا والالتصاق والهجرة والمصير. مثل هذا النقل الميكانيكي مهم في التطور والتوازن ، والأهم من ذلك أنه يؤثر على تطور الأمراض بما في ذلك ضمور العضلات ، واعتلال عضلة القلب ، والتليف والسرطان. على الرغم من أن فهمنا للآليات المحددة لاستشعار القوة ونقلها لا يزال مقصورًا على الأنظمة البيولوجية الأكثر قابلية للتتبع ، فقد ساهم التقدم التكنولوجي في النمو السريع لهذا المجال متعدد التخصصات. علم الأحياء الميكانيكية يجمع في المختبر، العمل القائم على الخلية مع خارج الجسم الحي و في الجسم الحي تجارب على مستوى الأنسجة والكائنات الحية ، ويجمع بين علم الأحياء الكلاسيكي والهندسة والفيزياء ، لمعالجة الأسئلة البيولوجية للخلية بشكل أساسي حول كيفية تأثير الميكانيكا على العمليات الخلوية. على هذا النحو ، فقد برز كواحد من أكثر المجالات إثارة في نطاق بيولوجيا خلية الطبيعة في العقد الماضي.

في ضوء نموه الكبير والاهتمام الكبير بهذا المجال لجمهورنا الواسع في علم الأحياء الخلوي ، يسعدنا إطلاق سلسلة من مقالات المراجعة المفوضة خصيصًا لمناقشة التطورات الحديثة ، مع مراجعة بقلم Carl-Philipp Heisenberg ، مصحوبة بأبحاث بارزة حول دراسات البيولوجيا الميكانيكية الحديثة المنشورة في مكان آخر. يمكن العثور على السلسلة على صفحة مخصصة لموقعنا على الويب (http://go.nature.com/2pFbjPS) حيث يمكن للقراء أيضًا الوصول إلى مكتبة عبر الإنترنت تتكون من مقالات ذات صلة منشورة في بيولوجيا خلية الطبيعة وغيرها طبيعة سجية المجلات.

في هذا العدد ، يراجع Heisenberg والمؤلفون المشاركون فهمنا الحالي لكيفية حدوث الاستشعار الميكانيكي والنقل الميكانيكي في سياق تنظيم الأنسجة أثناء التطور الجنيني. بالنسبة للعديد من العمليات التنموية ، لا يزال هناك نقص في الفهم الميكانيكي ، ولكن تمت دراسة بعض العمليات التشكلية بمزيد من التفصيل. يقدم المؤلفون لمحة عامة عن المفاهيم التي ظهرت من دراسة مثل هذه الأنظمة ، بما في ذلك تمديد النطاق الجرثومي وتشكيل الأقراص التخيلية في ذبابة الفاكهة إلى جانب Xenopus المعدة و epiboly الزرد. تعمل هذه المراجعة أيضًا كمقدمة ممتازة لكيفية إدراك الخلايا للقوة وتحويلها.

تم دفع مجال علم الأحياء الميكانيكية إلى الأمام إلى حد كبير بفضل تطوير طرق معقدة لاستكشاف وقياس الاستجابة لقوى الخلايا والأنسجة ، بدءًا من الأدوات القائمة على الفحص المجهري إلى مستشعرات القوة الجزيئية. في الوقت نفسه ، أتاح استخدام الأجهزة الدقيقة التلاعب بالقيود الخلوية. في الشهر المقبل ، سيناقش بيري روكا كوزاكس وكزافييه تريبات الأساليب المستخدمة لقياس القوى التي تولدها الخلايا ، وإمكانية تطبيقها في المختبر.

يعد موقع التصاق الخلية بالمصفوفة الأساسية أو بالخلايا الأخرى مركزيًا لربط المصفوفة خارج الخلية أو الخلايا المجاورة بهياكل الاستشعار الميكانيكي الجوهرية للخلية ، لتوليد ردود فعل ميكانيكية و / أو ترجمة القوى إلى إشارات كيميائية حيوية. ستناقش المراجعات المستقبلية في السلسلة مثل هذه الأحداث وكيفية ارتباطها بهجرة الخلايا وشكل الخلية ونموها والأحداث النووية مثل تنظيم الكروماتين والنسخ ، في التنمية والتوازن والمرض.

لا يزال هناك الكثير ليتم اكتشافه في هذا المجال المحفز على مفترق طرق علم الأحياء والفيزياء الحيوية والهندسة الحيوية ، ونحن نتطلع إلى بيولوجيا خلية الطبيعة الاستمرار في أن تكون منفذًا رئيسيًا لهذا المجال البحثي المزدهر. نشكر المؤلفين والحكام على مساهماتهم ، ونأمل أن تكون هذه السلسلة بمثابة معلومات وإلهام لقرائنا.


أساسيات بيولوجيا الخلية | وظائف الخلايا والأنسجة | مادة الاحياء

يتعامل بيولوجيا الخلية مع أصغر وحدة في الحياة. تحتوي هذه الدورة على مقاطع فيديو توضيحية عن الخلايا والأنسجة. في نهاية كل مقطع فيديو ، يمكنك مراجعة مفاهيمك بتمارين مليئة بالمرح.

تتكون هذه الدورة من جلسات فيديو مع رسوم متحركة أساسية لتحسين التصور والفهم.

في نهاية كل جلسة يمكنك الرد على التمارين المليئة بالمرح والتي ستساعدك على مراجعة مفاهيمك جيدًا.

عند الانتهاء من هذه الدورة ، سوف تكون قادرًا على الإجابة على جميع الأسئلة من فصول الخلايا والأنسجة أيضًا.

ستحصل أيضًا على فهم واضح لجميع وظائف الخلايا والأنسجة.

بيولوجيا الخلية هي دراسة بنية الخلية ووظيفتها ، وهي تدور حول مفهوم أن الخلية هي الوحدة الأساسية للحياة.

يسمح التركيز على الخلية بفهم مفصل للأنسجة والكائنات الحية التي تتكون منها الخلايا. تحتوي بعض الكائنات الحية على خلية واحدة فقط ، بينما يتم تنظيم البعض الآخر في مجموعات تعاونية بأعداد ضخمة من الخلايا.

بشكل عام ، يركز علم الأحياء الخلوي على بنية الخلية ووظائفها ، بدءًا من الخصائص الأكثر عمومية التي تشترك فيها جميع الخلايا ، إلى الوظائف الفريدة شديدة التعقيد الخاصة بالخلايا المتخصصة.

عند فهم ذلك ، ستكون قادرًا على مواصلة تعلمك في علم الأحياء ودراسة أنظمة الأعضاء المختلفة.


تسمح آلية التحكم الرئيسية للخلايا بتكوين الأنسجة والتركيبات التشريحية في الجنين النامي

تحت المجهر ، تبدو الساعات القليلة الأولى من حياة كل كائن متعدد الخلايا فوضوية بشكل متناقض. بعد الإخصاب ، تنقسم بويضة وحيدة الخلية هادئة مرة بعد مرة ، لتصبح بسرعة حفرة مزعجة بصريًا من الخلايا التي تتسابق للحصول على مكان داخل الجنين الذي ينمو بسرعة.

ومع ذلك ، في خضم هذا الهرج الظاهر ، تبدأ الخلايا في التنظيم الذاتي. سرعان ما تظهر الأنماط المكانية ، والتي تعمل كأساس لبناء الأنسجة والأعضاء والتركيبات التشريحية المتقنة من المخ إلى أصابع القدم وكل شيء بينهما. لعقود من الزمان ، درس العلماء هذه العملية بشكل مكثف ، والتي تسمى التشكل ، لكنها لا تزال غامضة من نواح كثيرة.

الآن ، اكتشف الباحثون في كلية الطب بجامعة هارفارد ومعهد العلوم والتكنولوجيا (IST) في النمسا آلية تحكم رئيسية تستخدمها الخلايا للتنظيم الذاتي في التطور الجنيني المبكر. النتائج المنشورة في علم في 2 أكتوبر ، إلقاء الضوء على عملية أساسية للحياة متعددة الخلايا وفتح طرق جديدة لتحسين استراتيجيات هندسة الأنسجة والأعضاء.

دراسة تكوين الحبل الشوكي في أجنة الزرد ، كشف فريق بقيادة شون ميجاسون ، أستاذ بيولوجيا الأنظمة في معهد بلافاتنيك في HMS ، أن أنواعًا مختلفة من الخلايا تعبر عن مجموعات فريدة من جزيئات الالتصاق من أجل الفرز الذاتي أثناء التشكل. تحدد "رموز الالتصاق" هذه الخلايا التي تفضل البقاء على اتصال ، ومدى قوة ذلك ، حتى مع حدوث إعادة ترتيب خلوية واسعة النطاق في الجنين النامي.

وجد الباحثون أن رموز الالتصاق يتم تنظيمها بواسطة مورفوجينات ، وجزيئات الإشارة الرئيسية المعروفة منذ فترة طويلة بأنها تتحكم في مصير الخلية وتشكيل الأنماط في التطور. تشير النتائج إلى أن التفاعل بين مورفوجينات وخصائص الالتصاق يسمح للخلايا بالتنظيم بالدقة والاتساق المطلوبين لبناء كائن حي.

قال ميجاسون ، المؤلف المشارك في الدراسة: "إن هدف مختبري هو فهم مبادئ التصميم الأساسية للشكل البيولوجي". "تمثل النتائج التي توصلنا إليها طريقة جديدة للتعامل مع مسألة التشكل ، والتي تعد واحدة من أقدم وأهم في علم الأجنة. ونحن نرى هذا على أنه قمة جبل الجليد لمثل هذه الجهود."

قال المؤلفون إن نظرة ثاقبة حول كيفية تنظيم الخلايا ذاتيًا في التطور المبكر يمكن أن تساعد أيضًا في جهود هندسة الأنسجة والأعضاء للاستخدامات السريرية مثل الزرع.

قال المؤلف الرئيسي للدراسة توني تساي ، الزميل الباحث في بيولوجيا الأنظمة في معهد بلافاتنيك: "إن بناء أنسجة اصطناعية لأغراض البحث أو التطبيقات الطبية هو هدف بالغ الأهمية ، ولكن حاليًا إحدى أكبر المشاكل هي عدم الاتساق". "هناك درس واضح نتعلمه من فهم الهندسة العكسية وكيف تكون الخلايا في الجنين النامي قادرة على بناء مكونات كائن حي بطريقة قوية وقابلة للتكاثر."

يقيس فحص الماصة المجهرية قوة الالتصاق بين خليتين. الائتمان: توني تساي / شون ميغاسون / كلية الطب بجامعة هارفارد

بقيادة تساي وبالتعاون مع Carl-Philipp Heisenberg وزملائه في IST Austria ، نظر فريق البحث أولاً في أحد أكثر الأطر رسوخًا للتشكل ، نموذج العلم الفرنسي.

في هذا النموذج ، يتم إطلاق مورفوجينات من مصادر محلية في الجنين ، مما يعرض الخلايا القريبة إلى مستويات أعلى من جزيء الإشارة من الخلايا البعيدة. كمية المورفوجين التي تتعرض لها الخلية تنشط البرامج الخلوية المختلفة ، لا سيما تلك التي تحدد مصير الخلية. تدرجات تركيز مورفوجينات "ترسم" الأنماط على مجموعات من الخلايا ، مما يستدعي شرائط الألوان المميزة للعلم الفرنسي.

هذا النموذج له حدود ، مع ذلك. استخدمت الدراسات السابقة من مختبر Megason التصوير بالخلايا الحية وتتبع الخلية الواحدة في أجنة الزرد الكاملة لإظهار أن إشارات مورفوجين يمكن أن تكون صاخبة وغير دقيقة ، خاصة عند حدود "العلم". بالإضافة إلى ذلك ، تنقسم الخلايا الموجودة في الجنين النامي وتتحرك باستمرار ، مما قد يؤدي إلى تشويش إشارة المورفوجين. ينتج عن هذا نقش مختلط أولي لأنواع الخلايا.

ومع ذلك ، تصنف الخلايا نفسها إلى أنماط دقيقة ، حتى مع بداية صاخبة ، وفي الدراسة الحالية ، شرع الفريق في فهم كيفية القيام بذلك. ركزوا على فرضية تم اقتراحها منذ أكثر من 50 عامًا ، تُعرف بالالتصاق التفاضلي. يشير هذا النموذج إلى أن الخلايا تلتصق بأنواع معينة من الخلايا الأخرى ، وتقوم بالفرز الذاتي بطريقة مشابهة لكيفية فصل الزيت والخل بمرور الوقت. لكن كان هناك القليل من الأدلة على أن هذا يلعب دورًا في الزخرفة.

للتحقيق ، طور ميجاسون وتساي وزملاؤهم طريقة لقياس القوة التي بواسطتها تلتصق الخلايا ببعضها البعض. وضعوا خليتين فرديتين معًا ثم سحبوا كل خلية بضغط شفط متحكم فيه بدقة من ماصتين مجهريتين. سمح هذا للباحثين بقياس الكمية الدقيقة للقوة اللازمة لفصل الخلايا عن بعضها. من خلال تحليل ثلاث خلايا في وقت واحد ، يمكنهم أيضًا تحديد تفضيلات الالتصاق.

استخدم الفريق هذه التقنية لدراسة نمذجة ثلاثة أنواع مختلفة من الخلايا العصبية السلفية المشاركة في بناء الحبل الشوكي الناشئ في أجنة الزرد.

كشفت التجارب أن الخلايا من النوع المماثل تلتصق ببعضها بقوة وبشكل تفضيلي. لتحديد جينات ترميز جزيء الالتصاق ذات الصلة ، قام الباحثون بتحليل ملف تعريف التعبير الجيني لكل نوع خلية باستخدام تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية. ثم استخدموا كريسبر-كاس 9 لمنع التعبير عن الجينات المرشحة ، واحدًا تلو الآخر. إذا تعطل تكوين النمط ، قاموا بتطبيق مقايسة السحب لمعرفة مقدار مساهمة الجزيء في الالتصاق.

يُظهر تصوير الخلايا الحية البيئة الديناميكية ومدى حركة الخلايا التي تحدث عندما يتشكل الحبل الشوكي الناشئ أثناء التطور المبكر. الائتمان: توني تساي / شون ميغاسون / كلية الطب بجامعة هارفارد

ظهرت ثلاثة جينات - N-cadherin و cadherin 11 و protocadherin 19 - باعتبارها ضرورية للنمط الطبيعي. كان التعبير عن مجموعات مختلفة ومستويات مختلفة من هذه الجينات مسؤولاً عن الاختلافات في تفضيل الالتصاق ، وهو ما يمثل ما أطلق عليه الفريق رمز الالتصاق. كان هذا الرمز فريدًا لكل نوع من أنواع الخلايا وحدد الخلايا الأخرى التي يظل كل نوع خلية متصلاً بها أثناء التشكل.

قال تساي: "يتم التعبير عن جزيئات الالتصاق الثلاثة التي نظرنا إليها بكميات مختلفة في كل نوع من الخلايا". "تستخدم الخلايا هذا الرمز للالتزام بشكل تفضيلي بالخلايا من نوعها ، وهو ما يسمح لأنواع مختلفة من الخلايا بالانفصال أثناء تكوين النمط. ولكن الخلايا تحافظ أيضًا على مستوى معين من الالتصاق مع أنواع الخلايا الأخرى حيث يتعين عليها التعاون لتكوين الأنسجة. بواسطة من خلال تجميع قواعد التفاعل المحلية هذه معًا ، يمكننا إلقاء الضوء على الصورة العالمية ".

نظرًا لأن رمز الالتصاق خاص بنوع الخلية ، افترض الباحثون أنه من المحتمل أن يتم التحكم فيه من خلال نفس العمليات التي تحدد مصير الخلية - أي إشارات المورفوجين. لقد نظروا في كيفية تأثير الاضطرابات في أحد أكثر المورفوجينات شهرة ، القنفذ الصوتي (Shh) ، على نوع الخلية والتعبير الجيني المقابل لجزيء الالتصاق.

كشفت التحليلات أن كلا من نوع الخلية والتعبير الجيني لجزيء الالتصاق كانا مترابطين بشكل كبير ، سواء في المستوى أو الموقع المكاني. كان هذا صحيحًا عبر الحبل الشوكي الناشئ بالكامل ، حيث تغيرت أنماط التعبير الجيني لنوع الخلية وجزيء الالتصاق معًا استجابة للاختلافات في نشاط Shh.

قال ميجاسون: "ما وجدناه هو أن هذا المورفوجين لا يتحكم في مصير الخلية فحسب ، بل يتحكم في التصاق الخلية". "يعطي نموذج العلم الفرنسي رسمًا تقريبيًا ، ثم يشكل الالتصاق التفاضلي النمط الدقيق. يبدو أن الجمع بين هذه الاستراتيجيات المختلفة هو كيف تبني الخلايا أنماطًا في الفضاء والوقت ثلاثي الأبعاد بينما يتشكل الجنين."

يقوم الباحثون الآن بمزيد من التحقيق في التفاعل بين إشارات المورفوجين والالتصاق في تطوير الأجنة. قال المؤلفون إن الدراسة الحالية نظرت في ثلاثة أنواع مختلفة فقط من الخلايا ، وهناك العديد من جزيئات الالتصاق المرشحة والمورفوجينات التي لا يزال يتعين تحليلها. بالإضافة إلى ذلك ، لا تزال تفاصيل كيفية تحكم المورفوجينات في كل من نوع الخلية وتعبير جزيء الالتصاق غير واضحة.

قال المؤلفون إن الفهم الأفضل لهذه العمليات يمكن أن يساعد العلماء في الكشف عن الآليات الأساسية التي تقوم بواسطتها البيضة أحادية الخلية ببناء كائن حي كامل ، وعكس هندسة هذه الآليات. يمكن أن يكون لهذا آثار عميقة في التكنولوجيا الحيوية ، لا سيما بالنسبة للجهود المبذولة لبناء الأنسجة والأعضاء الاصطناعية للزرع أو لاختبار الأدوية المرشحة الجديدة.

قال ميجاسون: "المشكلة في هندسة الأنسجة في الوقت الحالي هي أننا لا نعرف ما هو العلم الأساسي". "إذا كنت ترغب في بناء جسر صغير فوق جدول ، فربما يمكنك القيام بذلك دون فهم الفيزياء. ولكن إذا أردت بناء جسر معلق كبير ، فأنت بحاجة إلى معرفة الكثير عن الفيزياء الأساسية. هدفنا هو معرفة ما هي تلك القواعد للجنين. "


المصفوفة خارج الخلية وجزيئات التصاق الخلية

نظرة سريعة:تظهر الأبحاث الحديثة أن ECM وما يرتبط بها من CAMs ضروريان لعمل معظم الخلايا. تعتمد سلامة الأنسجة أيضًا على التصاق الخلايا بالخلايا والخلايا بالمصفوفة خارج الخلوية ، عن طريق وحدات CAM

مصفوفة خارج الخلية (ECM)
جميع الخلايا في الأنسجة الصلبة محاطة بمصفوفة خارج الخلية.
كل من النباتات والحيوانات لديها ECM. جدار الخلية للخلايا النباتية هو نوع من المصفوفة خارج الخلية. في الحيوانات ، يمكن لـ ECM أن تحيط بالخلايا كألياف تتلامس مع الخلايا من جميع الجوانب ، أو كصفيحة تسمى الغشاء القاعدي الذي تستقر عليه الخلايا & # 8216 & # 8217. ترتبط الخلايا في الحيوانات أيضًا ببعضها البعض بشكل مباشر عن طريق جزيئات التصاق الخلية (CAMs) على سطح الخلية.

يتكون ECM من البروتينات والسكريات. النسيج الضام هو إلى حد كبير ECM مع عدد قليل من الخلايا.

  • بالنسبة للخلايا ، يوفر ECM:
    • دعم ميكانيكي
    • حاجز كيميائي حيوي
    • وسيط لـ:
      1. الاتصالات خارج الخلية التي تساعدها وحدات CAM
      2. الوضع المستقر للخلايا في الأنسجة من خلال التصاق مصفوفة الخلية
      3. إعادة تموضع الخلايا عن طريق هجرة الخلايا أثناء نمو الخلايا وإصلاح الجرح
    • قوة الشد للأوتار
    • قوة الانضغاط للغضروف
    • الحماية الهيدروليكية لأنواع عديدة من الخلايا
    • مرونة جدران الأوعية الدموية
    • العظام والأسنان
    • جدار الخلية من البكتيريا
    • قذائف الرخويات و
    • الكيتين لتشكيل الهيكل الخارجي للحشرات

    جزيئات التصاق الخلايا (CAMs)

    • تنتمي جزيئات التصاق الخلية بشكل أساسي إلى عائلة من المواد الكيميائية تسمى البروتينات السكرية. تقع على سطح الخلية وتشكل أنواعًا مختلفة من المجمعات والوصلات للانضمام:
      • من الخلايا إلى الخلايا
      • خلايا إلى ECM
      • ECM للخلية الهيكل الخلوي
      • التصاق الخلايا ببعضها البعض لتوفير بنية نسيجية منظمة
      • انتقال الإشارات والإشارات خارج الخلية عبر غشاء الخلية
      • هجرة الخلايا من خلال تنظيم الالتصاقات بمساعدة الطبابة البديلة

      المصفوفة الخارجية (ECM)
      تقدم التعريفات & # 8220 المادة بين الخلايا & # 8221 و & # 8220 مادة في الفضاء بين الخلايا & # 8221 ، ولكن ECM أكثر أهمية بكثير مما توحي به هذه الكلمات. تظهر الأبحاث الحديثة أن عمل الخلايا يتأثر بشدة بالمصفوفة خارج الخلية.

      مصفوفة خارج الخلية (ECM) & # 8211 نموذج منزل
      فكر في منزل تم تلوينه من الخارج. يحتوي المنزل ، مثل الزنزانة ، على غرف مختلفة لوظائف مختلفة ، وغرفة طعام لتناول الطعام ، ومطبخ للطبخ ، وما إلى ذلك. لكن المنازل ، مثل الخلايا ، لا تتوقف عند الجدار الخارجي. يتصل كل منزل بالخارج من خلال أسلاك الهاتف والكهرباء ومن خلال أنابيب للمياه والصرف الصحي وربما الغاز.

      حول كل منزل هناك مساحة أيضا. بصرف النظر عن أي حديقة ، هناك دائمًا مساحة خلف الجدار الخارجي مباشرة. عادةً ما توجد في الجزء الأمامي من المنزل منطقة تُترك فيها زجاجات الحليب ، حيث يلتصق البريد والأوراق خارج صندوق الرسائل ، حيث تُزرع النباتات في صناديق النوافذ أو في سلال معلقة. بالقرب من السقف ، قد تكون هناك كاميرا أمنية مزودة بأجهزة استشعار ومصابيح وأعلى طبقًا للأقمار الصناعية T / V وهوائيات أخرى. بمعنى آخر ، توجد مساحة حول المنزل مهمة جدًا بالنسبة إليه. توجد بعض الأشياء الضرورية للحياة في المنزل بالخارج ، والأنشطة والمعلومات المتعلقة بالطقس على سبيل المثال من توقعات الطقس ، داخل المنزل ، يمكن أيضًا تغيير ما يتم وضعه بالخارج ، مثل كراسي الحديقة وأنبوب خرطوم. وبالمثل ، يمكن للخلية تغيير جزيئات ECM التي تفرزها أو مستقبلات الالتصاق الموجودة على سطحها. والواضح جدًا أن الأشياء الموضوعة خارج المنزل أو الزنزانة تؤثر بشكل كبير على ما يجري بالداخل ، وما يدور بالداخل يؤثر على ما يوضع حول الخارج.

      وفي الزنزانة ...
      وكذلك الحال مع الخلية والمصفوفة خارج الخلية وجزيئات التصاق الخلية حولها. تعتمد العديد من خصائص سطح الخلية والوظائف الداخلية للخلية على البروتينات التي تمتد من سطح الخلية إلى ECM أو إلى سطح الخلايا الأخرى. هذه البروتينات ، مثلها مثل الأقمار الصناعية ، وكاميرا الأمن وأجهزة الاستشعار لنموذج منزلنا تتلقى رسائل حول البيئة المباشرة وتمارس وظيفة المراقبة.

      بالإضافة إلى أن العديد من البروتينات الموجودة على سطح الخلية تحمل تعديلات كربوهيدراتية معقدة. لهذا السبب سميت هذه المنطقة خارج الخلية بـ glycocalyx (من اليونانية & # 8216glycos & # 8217 التي تعني الحلو ، واللاتينية & # 8216calyx & # 8217 تعني الكأس). مثل مكونات البروتين ، تشارك السكريات في الالتصاقات بين الخلايا ، ومثل غسل اللون في المنزل ، لها أيضًا وظيفة وقائية.

      مصفوفة خارج الخلية & # 8211 ما هي؟
      تم العثور على شكل عام منتشر على نطاق واسع في الحيوانات. المجموعتان الرئيسيتان من المواد الكيميائية الحيوية التي تشكل ECM الأساسي هي سلاسل معقدة من جزيئات السكر (السكريات) والسكريات المرتبطة بالبروتين (البروتينات السكرية مثل الفبرونيكتين واللامينين والثرومبوسبوندين) وتشمل بروتينات غليكان مادة لزجة للغاية. يمكن أن يكون جزءا لا يتجزأ من هذا أنواع وكميات مختلفة من ألياف الكولاجين الهيكلية وغير القابلة للذوبان والألياف المرنة المرنة التي تعطي مرونة للأنسجة.

      تظهر الأشكال المعدلة في شكل عظم ، هيكل خارجي للحشرة ، أصداف حيوانية وجدار خلية نباتات.

      ECM & # 8211 من أين أتت؟
      All cells can make extracellular matrix but certain specialist cells produce a specific type of ECM:
      Fibroblast cells secrete connective tissue ECM
      Osteoblast cells secrete bone-forming ECM and
      Chondroblast cells secrete cartlilage-forming ECM.
      Fibroblasts and epitheal cells together make basement membrane ECM

      ECM – what does it do?
      This depends on where it is and how specialised the ECM is. Different forms in different locations have different properties

      Specialised types of ECM in animals
      ECM can be modified, mainly by calcification to produce bones, teeth and shells or chitinisation to form the chitin exoskeleton of insects. These types of ECM clearly provide mechanical facility and protection.
      A less rigid type of ECM forms tendons and cartilage and a soft transparent gel form is found for example in the cornea of the eye where it provides hydraulic protection.

      Specialised ECM in plants
      The ECM in plants is mainly cellulose and surrounds each cell. Along with water it contributes to the total rigidity of the plant. The ability of a tree to grow to a great height and retain its rigidity is partly due to the cellulose ECM of the cell walls together with other biochemicals including lignin and extensins.

      A less easily observed form of ECM is found in vertebrates in three main forms

      1. النسيج الضام – This contains lots of ECM and only a few cells.
      2. Basal lamina – This can be considered as the ECM of epithelial cells but formed into a tough layer containing a great many collagen fibres and laminin and upon which the cells of the epithelia ‘sit’. Very little ECM surrounds each individual cell and they are joined to each other in different ways.
      3. Pericellular matrix – With a few exceptions all cells are surrounded by cell extracellular matrix to some degree. It is this material that not only gives mechanical support by binding cells together but with the glycocalyx provides a biochemical barrier around the cell, a docking facility for imports and exports to and from the cell, and a medium through which chemical signalling can take place. Recent work indicates that ECM sugar molecules may have an important role to play in cancer biology.

      Cell Adhesion Molecules (CAMs)
      Very few cells exist and work in isolation. Most cells exist as a system or society. CAMs help to keep the society intact by providing different degrees and types of adhesion. Research work is indicating that CAMs, like ECM, is involved in cell signalling. CAMs are well suited to do this job since some of them traverse the plasma membrane and provide a route into the cell. The adhesive nature of the molecules also provides a ‘sticky surface’ and some of these inadvertently ‘capture’ RNA viruses such as those that cause common colds.

      Cell ‘Do It Yourself’ (DIY) – adhesives and junctions
      As with some ‘Do It Yourself’ (DIY) adhesives, CAMs are better at sticking some materials but they can also be used for joining others.
      There are four main families of CAMs (types of adhesive) and these are used in different situations:

      1. Those involved in Cell to Cell junctions are mainly molecules in the family called Cadherins and depend on the presence of Calcium ions to function (think of Ca-adhesion). These molecules are transmembrane glycoproteins and link the cytoskeleton of one cell to the cytoskeleton of another.
      2. Those involved in Cell to Matrix junctions belong to a large family of CAMs called integrins (think of integrins helping cells perform integration).
        Integrins are also found as ‘anchor’ plates in focal adhesion and hemidesmosome type junctions.
        Transmembrane proteoglycans are also involved in adhesion to ECM and the linkage to the cytoskeleton.
      3. The Immunoglobulin super family include special adhesion molecules used in the nervous system.
      4. The selectins are special CAMs that bind to cell-surface carbohydrate and are involved with inflammation response mechanisms.

      Junctions for adhesives
      Just as there are different types of cell adhesive molecules, there are different types of links or junctions. There are two main ones:

      1) Tight junctions – these do not allow molecules to pass from cell to cell but they pull the walls of the two cells very close together.

      2) Gap junctions – these join two cells together with a cluster of fine tubes. Gap junctions allow small molecules, up to a molecular weight of 1200, to pass from one cell to another. In this way cells pass chemicals to a neighbouring cell in need. An example of ‘The Society of Cells’ at work.

      Image of human epithelial cells with cadherin stained green and nucleus blue. The green staining cadherin is very widely distributed between these cells. This is why it appears that the plasma membrane is stained green.

      (courtesy of Louise Cramer, Laboratory for Molecular Cell Biology & Cell Biology Unit, University College London, UK and Vania Braga, Imperial College London, UK)

      CAMs and Cancer – a real life application
      ‘Cut’ and ‘Paste’ are critical commands in some cancers

      ECM and CAMs are involved in many disorders. In certain types of cancer CAMs may be involved in the spreading of cancer cells from a primary site to a secondary one. At the primary site cell to cell adhesion is lost. Cells are ‘cut’ free and transported away to a second site. Here cell adhesion is increased and the cell is ‘pasted’ into its new location. The cell divides and with better adhesion stays put and a secondary cancer develops. (This is a simple description but the principle is correct).
      Clearly the ability to understand and control ‘cut’ and ‘paste’ commands in the cancer growth ‘programme’ could help our understanding of how secondary cancers develop.


      Tissue and Cell

      Tissue and Cell is devoted to original research on the organization of cells, subcellular و extracellular components at all levels, including the grouping and interrelations of cells in مناديل و الأعضاء. The journal encourages submission of ultrastructural studies that provide novel insights into.

      Tissue and Cell is devoted to original research on the organization of cells, subcellular و extracellular components at all levels, including the grouping and interrelations of cells in مناديل و الأعضاء. The journal encourages submission of ultrastructural studies that provide novel insights into structure, function and physiology of cells and tissues, in health and disease. Bioengineering and stem cells studies focused on the description of morphological and/or histological data are also welcomed.

      Studies investigating the effect of compounds and/or substances on structure of cells and tissues are generally outside the scope of this journal. For consideration, studies should contain a clear rationale on the use of (a) given substance(s), have a compelling morphological and structural focus and present novel incremental findings from previous literature.


      Entropy plays an important role in how living cells form tissues

      The process that causes living cells to club together to create tissues is driven by both biochemistry and thermodynamics, according to a new study by an international team of scientists. The group’s experiments and computer simulations could help scientists improve technologies for creating artificial tissues and organs.

      Multicellular organisms from simple worms to complex mammals comprise tissues and organs that form via the organization of many single cells. This alignment of cells is driven by several processes, some that are biochemical and others that are related to cell-to-cell contact and other interactions with cell exteriors. While cellular alignment processes often have miniscule effects on individual cells, collectively they play a crucial role in the formation and health of tissues.

      Alignment often occurs in response to the anisotropy of the cells’ environment, and this results in the migration of cells along a specific direction. This is called “contact guidance” and plays important roles in both tissue growth and tissue homeostasis – the latter being the process by which tissue is maintained in a steady state. While scientists know that contact guidance is important, the underlying mechanism has been poorly understood until very recently.

      Biochemistry versus entropy

      Now, researchers in the UK, Netherlands, Iran, and Italy have shown that contact guidance can be driven by both biochemical and entropy related processes, depending on the degree to which the cells are confined in an anisotropic environment. Led by Vikram Deshpande at the University of Cambridge, the team placed human muscle cells (myofibroblasts) on substrates containing micropatterned channels made of fibronectin. This is a large glycoprotein that makes up the extracellular matrix of tissues. As well as mediating cell interactions, it also plays roles in cell adhesion, growth and migration.

      The cells were placed on the substrates at low densities so that cell-to-cell contact was avoided. The cells measure about 160 micron across and the team observed their behaviour in channels of three different widths – 50, 160 and 390 micron.

      The team found that cells in the narrower channels were aligned more than those in wider strips. In the narrower strips, the team concluded that contact guidance occurred because the cells must change their shapes and energy to adjust to the narrower environment — processes that are driven by the biochemical processes within the cells.

      What is happening is a little bit counterintuitive

      Vikram Deshpande

      What surprised the scientists, however, is that contact guidance also occurred in channels much wider than the size of the muscle cells. In this case, the researchers say that the process is driven by an increase in entropy – the thermodynamic tendency of the system to move towards disorder.

      “What is happening is a little bit counterintuitive,” explains Deshpande, “You can think that in an aligned system is not maximally disordered, but actually in this case, the maximally aligned system is the most disordered one”.

      He says that the phenomenon can be understood by imagining a few matches in a matchbox. If you shake the matchbox, instead of taking a random orientation, the matches would align themselves along the edges of the box. Analogously, cells aligned along the anisotropy of their environment represent a system with a higher entropy.

      “There are certain factors that you can experimentally measure, such as the traction, or investigate the shapes to look at the size of their cytoskeletal arrangements. But there are certain features in understanding cellular behavior that are not directly measurable,” added Deshpande. “This is why we also simulated the Gibbs free energy of the cells, to go beyond the experiments.”

      Critical width

      The team combined the analysis of the cells’ shapes with a statistical analysis of their fluctuations not related to temperature. The resulting model also predicted, that upon increasing the channel width above a certain critical value, the cell orientation would not be driven by its internal biochemistry, but rather by entropy.

      The results could have important implications for healthcare, medicine and tissue engineering – which could be achieved by manipulating the shape and organization of cells by changing the geometry of their environment. A better understanding of contact guidance could also help doctors predict the spread of diseases such as metastasizing cancer.

      Human immunity is perhaps a touchy-feely process

      While the experiment was done on a flat 2D surface, the team is already working on expanding their research to encompass more life-like conditions. “In lots of cases inside the body, surfaces are not flat and the cells are not growing on a flat surface either,” says Deshpande. “We are really interested in understanding how effectively curvature is a driving cue for guiding cells and why do different kinds of cells respond differently to various surfaces and curvatures.”

      According to Patrick McGarry from the National University of Ireland Galway, this study “provides a ground-breaking insight into the thermodynamics of biological cells”. McGarry, who was not involved in the research adds, “The seminal finding that entropy is a key driver of cell alignment is fundamental to the assembly and function of living tissue and has highly important implications for the field of regenerative medicine”. He adds, “The work provides a new paradigm for the fusion of thermodynamics, biology, and computational mechanics, leading to a new understanding of the active response of living matter to the surrounding physical environment”.

      The results are reported in the مجلة بيوفيزيائية.

      Martina Ribar Hestericová is a science writer based in Switzerland


      شاهد الفيديو: اختصارات لتحديد الخلايا في الإكسيل توفر عليك الوقت والجهد (شهر فبراير 2023).