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        揭秘胚胎頭部形成過程 干細胞懂流體力學

        2011-04-18 01:22:16
        科技傳播 2011年17期
        關鍵詞:雞胚頭部胚胎

        近日,巴黎狄德羅大學的研究員文森特弗勒里(Vincent Fleury)研究表明,在胚胎干細胞發(fā)育的早期階段,干細胞折疊成U形結構前,會形成較平且整體性較強的細胞形態(tài),在這個基礎上發(fā)現(xiàn),雞胚的頭部在形成發(fā)育階段是由于相關胚胎結構之間以一定的速度相互碰撞融合的結果,其中符合了流體力學的特征。

        本項研究首次使用了高分辨率的觀測工具,即時間延遲顯微技術,這種顯微鏡能像放電影一樣將胚胎發(fā)育的頭兩天內的情況一幀一幀地顯示出現(xiàn),并且還具備非常高的分辨能力。在此之前,在相關研究中采用了其他較為復雜的成像技術,不僅費用昂貴,在成像清晰度上還不夠準確。研究人員在進行實驗前,將雞的胚胎從蛋殼中取出,并且將卵黃也除去,而之所以把卵黃也去除,是因為在本次研究中觀察胚胎在頭48小時內不需要卵黃參與,之后提供實驗對象在適當的溫度條件下。

        而之前的相關研究中,研究方向主要集中在單個細胞的發(fā)育情況上。而巴黎狄德羅大學進行的本項研究中,將胚胎作為一個整體進行考慮,而這個時期的胚胎外形就有點像個橡皮泥,更形象的比喻可以參考西班牙畫家薩爾瓦多·達利(Salvador Dali)創(chuàng)作的作品《記憶的永恒》中出現(xiàn)的“熔化的時鐘”,形象地描述出了這個時期的胚胎外形。此外,在本次研究中,研究人員還測量了胚胎上各檢測點位的速度參數,以及各點的粘彈性特征。將這些數據整合到胚胎相關的生物學參數上,比如細胞的粘度、厚度和整體的尺寸大小等。最后,研究人員完成了一個關于胚胎早期發(fā)育的運動模型。

        研究結果發(fā)現(xiàn),在這些非常吸引人的胚胎結構上,使用相關數學公式可以用來描述胚胎的某些行為特征,同時可以用向量賦予胚胎發(fā)育的運動模型中,以表示胚胎細胞的流體力學特征。具體的表現(xiàn)為:當干細胞的相關部分在發(fā)育過程中發(fā)生碰撞,U形結構的兩端就會受力融合在一起,這可以想象為U形磁鐵的兩個N極和S級相互合并的過程,之后就導致了雞的頭部的形成。

        這項研究的結果表明,胚胎中(雞胚)頭部的發(fā)育過程不僅僅是由于一系列的基因開關(密碼啟動子)參與活動,而且除了生物化學過程之外,在胚胎早期發(fā)育過程中還存在著物理過程起著重要的作用,就像實驗中證明的在雞胚頭部形成過程中,干細胞發(fā)育流程有著明顯的流體力學特征,這些運動的綜合作用,最終使得雞胚的頭部逐漸形成。而之前的研究中,忽略了這些物理過程在其中起到的作用。

        對雞胚在發(fā)育過程中頭部形成符合流體力學特征的研究,為脊椎動物的研究發(fā)展提供了一個新的亮點,可最終為科學家研發(fā)再生性的藥物提供了一個新的線索。類似的關于胚胎早期肢體發(fā)育的研究已經刊登在8月出版的(《歐洲物理學期刊-應用物理》)上。

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