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胎在特定的位置上有特殊的细胞，这些细胞被称为组织者，它们向其他细胞发送信号，帮助它们组织起来，构建我们复杂的器官。
在没有地图的情况下，在某些城市蜿蜒的街道上找到你的路是一个真正的挑战。为了给自己定位，我们依赖各种信息，包括手机上的数字地图，以及可识别的商店和地标。我们体内的细胞在胚胎形成过程中也面临着类似的问题。他们需要指示去哪里以及如何表现。幸运的是，就像城市里的手机信号塔一样，胚胎在特定的位置上有特殊的细胞，这些细胞被称为组织者，它们向其他细胞发送信号，帮助它们组织起来，构建我们复杂的器官。
其中一些信号是由组织者发出的分子，一个特权的信号中心。它周围的细胞根据它们的位置接收到或强或弱的信号，并做出相应的决定。这些信息中心在组织中的位置错误会导致胚胎畸形，这可能是致命的。科学家们很早就知道这些信号中心的相关性，但它们是如何出现在特定位置的，仍然难以捉摸。
物理学家和生物学家进行了国际合作，才找到了答案。几年前，Cedars-Sinai Guerin儿童医院和加州大学旧金山分校(UCSF)的Ophir Klein教授的实验室，以及德累斯顿工业大学和加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)的生命卓越物理集群的Otger Campàs的实验室，对它可能如何工作有了一个暗示，并联合起来。他们一起发现，正是生长组织内部的机械压力决定了信号中心将在哪里出现。
“我们的工作表明，机械压力和分子信号传导在器官发育中都起着作用，”Cedars-Sinai Guerin儿童医院的执行主任Ophir Klein博士说，他也是大卫和梅雷迪思卡普兰儿童健康杰出主席，也是该研究的共同通讯作者。
牙齿上皮和间充质，增殖的细胞扩张组织，在组织中心产生机械压力，驱动主要牙齿信号中心或组织者牙釉质结的形成。
这项发表在《Nature Cell Biology》杂志上的研究表明，当细胞在胚胎门牙中生长时，它们会感受到越来越大的压力，并利用这些信息来组织自己。“这就像那些玩具吸收水分并变大，”加州大学旧金山分校牙科学院博士后学者、该研究的第一作者之一Neha Pincha Shroff博士说。“想象一下，这发生在一个密闭的空间里。在门牙结中发生的事情是，细胞在固定的空间内数量成倍增加，这导致在中心积聚压力，然后成为一群专门的细胞。”
就像人们在拥挤的酒吧里一样，组织中的细胞开始感受到来自同伴的挤压。研究人员发现，感受到更强压力的细胞停止生长，并开始发送信号，组织牙齿周围的其他细胞。它们实际上是被压成牙齿组织者的。
“我们能够使用我们实验室以前开发的微滴技术来弄清楚机械压力的积累如何影响器官形成，”该研究的共同通讯作者Otger Campàs博士说，他目前是德累斯顿工业大学生命卓越物理集群的常务董事、组织动力学教授和主席，也是前UCSB机械工程副教授。“令人兴奋的是，组织压力在建立信号中心方面发挥了作用。看看机械压力是否或如何影响其他重要的发育过程将是一件有趣的事情。”
胚胎利用这些信号中心中的几个来引导细胞形成组织和器官。就像建造摩天大楼或桥梁一样，雕刻我们的器官需要周密的规划、大量的协调和正确的结构力学。在建造桥梁的过程中，这些过程中的任何一个失败都可能是灾难性的，也可能对我们在子宫里成长的时候造成伤害。
“通过了解胚胎如何形成器官，我们可以开始询问先天性畸形儿童的问题，”Ophir Klein说。“这项工作可能会导致对出生缺陷如何形成和如何预防的进一步研究。”
参考文献:“Proliferation-driven mechanical compression induces signalling centre formation during mammalian organ development” by Neha Pincha Shroff, Pengfei Xu, Sangwoo Kim, Elijah R. Shelton, Ben J. Gross, Yucen Liu, Carlos O. Gomez, Qianlin Ye, Tingsheng Yu Drennon, Jimmy K. Hu, Jeremy B. A. Green, Otger Campàs and Ophir D. Klein, 3 April 2024, Nature Cell Biology.
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