تکنیک ها
Mechanobiology چیست؟
Mechanobiology چیست؟
قابل درک است که سیگنال های بیوشیمیایی سلول ها را تحت تأثیر قرار می دهند ، اما اخیراً مشخص شده است که نیروهای فیزیکی نیز می توانند سلول ها را تحت تأثیر قرار دهند. این شامل اثرات نیرو ، هندسه و کشش ماتریس بر عملکرد سلول و بافت ، مورفولوژی و بازسازی است که پس از آن توانایی تأثیرگذاری بر فیزیولوژی و آسیب شناسی را دارد.
Protein interactions
به عنوان مثال ، شکل و اطلاعات فیزیکی ارائه شده توسط ماتریس خارج سلول بر نحوه رشد ، تمایز و حرکت سلول تأثیر می گذارد. درک این نکته مهم است ، زیرا تغییر در خصوصیات فیزیکی ماتریس خارج سلول در بیماری هایی مانند سرطان و فیبروز نقش دارد.
مکانیوبیولوژی مطالعه چگونگی تأثیر این نیروهای فیزیکی بر سلول ها و بافت ها و همچنین چگونگی کنترل عملکرد سلول ها توسط این نیروهای فیزیکی است که بر روی ساختار پروتئین توسط حس مکانیکی تأثیر می گذارد. این حوزه مطالعاتی زمانی آغاز شد که بیوفیزیک / بیومکانیک در مورد سوالات زیست شناسی به کار گرفته شد.
Mechanobiology چیست؟
نیروهای فیزیکی چگونه بر سلول ها و بافت ها تأثیر می گذارند؟
شکل و تحرک سلولها تحت تأثیر نحوه سازماندهی آنها قرار دارد و نحوه سازماندهی سلولها می تواند تحت تأثیر نیروهای فیزیکی قرار گیرد. این ، به نوبه خود ، بر عملکرد بافت یا اندام تأثیر می گذارد.
به عنوان مثال ، تغییرات ساختاری بر فعل و انفعالات پروتئین _ پروتئین تأثیر می گذارد ، که به نوبه خود رونویسی ژن را کنترل می کند ، یا پروتئین هایی که سلول ها را حرکت می دهند ، باعث افزایش چسبندگی سلولی یا انتقال یون ها بین سلول ها می شوند یا شکل و عملکرد بافت را تعیین می کنند.
در واقع این نیروها به شکل گیری تعامل سلول ها با ماتریکس خارج سلول کمک می کنند و بنابراین بافت کلی را شکل می دهند و در ترکیب با فاکتورهای بیوشیمیایی در ریز محیط ، این امر بر عواملی مانند تمایز بافت تأثیر می گذارد. در نتیجه این احتمال وجود دارد که مکانیوبولوژی نیز در پیشرفت سرطان و چگونگی متاستاز آن نقش داشته باشد.
به طور خاص ، تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی به کشش بافتی که برای تشکیل آن فرم میگیرد بستگی دارد. به عنوان مثال ، نشان داده شده است که بسترهای خارج سلولی نرمتر باعث ایجاد تمایز به سلولهای عصبی می شوند ، همچنین بسترهای خارج سلولی سفت تر باعث ایجاد تمایز به سلولهای عضلانی می شوند و بسترهای خارج سلولی سفت و سخت باعث تمایز سلولهای استخوانی می شوند.
سنجش مکانیکی چگونه کار می کند؟
همانطور که در بالا ذکر شد ، سنجش مکانیکی یکی از جنبه های مهم مکانیولوژی است. خب این چگونه کار میکند؟
اینتگرین ها
اینتگرین ها به دلیل عملکرد اتصال اسکلت سلولی به ماتریکس خارج سلول ، پروتئین های مهمی هستند. این اتصال در کلاستر هایی به نام “چسبندگی کانونی” رخ می دهد. اینتگرین ها پروتئین های غشایی هستند که از دو زیر واحد α و β ساخته شده اند. تاکنون 18 زیر واحد α و 8 زیر واحد β یافت شده است و اینها 24 هترو دیمر مختلف را تشکیل می دهند. اکثر این اینتگرینها پروتئینهای هدف متعددی را که دارای نقش مشترکی هستند مانند RGD و LDV تشخیص می دهند.
اینتگرین های مختلف “طول عمر” متفاوتی دارند در حالی که پیوند آن با ماتریس خارج سلولی ادامه دارد. بعضی از آنها ، مانند αIIbβ3 ، تحت بار افزایش یافته عمر کوتاه دارند ، در حالی که برخی دیگر مانند α5β1 عکس این را نشان می دهند. دومی ، α5β1 ، شناخته شده است که دارای رفتار “گرفتن پیوند” است ، از لحاظ نظری نشان داده شده است که به عنوان یک مکانیزور خودکار عمل می کند ، و این یک رفتار معمول در پاسخ به مولکول های چسبنده است.
اسکلت سلولی
اسکلت سلولی شبکه ای از رشته های پروتئینی است و این از سلول ها پشتیبانی می کند و بنابراین به بافت ها اجازه می دهد ساختار خود را حفظ کنند. اسکلت سلولی همچنین به بافت ها استحکام می بخشد ، اطمینان حاصل می کند که فشارهای خارجی به بافت آسیب نمی رساند. با این حال ، به بافت ها نیز امکان تغییر شکل می دهد. در بافتهای پستانداران ، اسکلت سلولی از سه پروتئین مختلف تشکیل شده است. اکتین ، میکروتوبول ها و رشته های میانی که همگی نیمه انعطاف پذیر هستند. تصور می شود که اکتین ها و رشته های میانی باعث ایجاد سفتی می شوند ، در حالی که تصور می شود میکروتوبول ها از فشرده سازی پشتیبانی می کنند.
نشان داده شده است که مولفه اکتین ، نیروهای کششی ایجاد می کند ، اما مطالعات اخیر نشان داده است که میان اجزای اسکلت سلولی گفتگوی متقابل وجود دارد که به آن اجازه می دهد خصوصیات فیزیکی ریز محیط بافت را درک کند.
ماتریس خارج سلولی
ماتریس خارج سلول شبکه ای از پروتئین ها است که سلول ها به آنها می چسبند. این امر همچنین از بافت ها پشتیبانی می کند و همچنین مخزنی از فاکتورهای رشد ، سیتوکین ها و آنزیم های پروتئولیتیک را فراهم می کند. ماتریس خارج سلول را می توان به غشای پایه و بافت همبند تقسیم کرد.
غشای پایه یک ساختار دو بعدی است که از پروتئین هایی مانند لامینین کلاژن IV ، نیدوژن و پروتئوگلیکان های سولفات هپاران ساخته شده است. این همان چیزی است که اجازه می دهد سلول های قطبی ، مانند سلول های اپیتلیال و سلول های اندوتلیال ، به هم متصل شوند.
از طرف دیگر ، بافت همبند سه بعدی است و در درجه اول از کلاژن های فیبریلار ، پروتئوگلیکان ها و گلیکوزآمینو گلیکان ها ساخته شده است. نحوه سازماندهی این اجزا به بافت بستگی دارد. به عنوان مثال ، این فیبریل ها بافت هایی ضخیم هستند که به مقاومت کششی مانند تاندون ها نیاز دارند.
مطالعات نشان داده است که سلولهایی که در بالای ماتریس خارج سلولی 2D کشت می شوند ، به خصوصیات ماتریس پاسخ می دهند و رفتار سلولی مانند چسبندگی ، گسترش ، مهاجرت و حتی بیان ژن و فعل و انفعالات سلول و سلول توسط ماتریس خارج سلولی مدل می شود. با این حال ، مشخص نیست که آیا سنجش از طریق اعمال تنش مداوم صورت می گیرد یا با حس کردن میزان تغییر شکل رخ می دهد.
ترجمه شده توسط حمید محمدی
همچنین بخوانید…
خدمات کشت سلول آزمایشگاه ژنیران
