การสัมผัส

การสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะเป็นหนึ่งในงานที่ซับซ้อนและจำเป็นที่สุดที่เซลล์ต้องทำให้สำเร็จระหว่างการกำเนิดเอ็มบริโอ ในงานร่วมกันนี้ เซลล์สื่อสารด้วยวิธีการสื่อสารที่หลากหลาย รวมถึงสัญญาณทางชีวเคมี ซึ่งคล้ายกับความรู้สึกรับกลิ่นของเซลล์ และสัญญาณเชิงกล ซึ่งเป็นความรู้สึกสัมผัสของเซลล์ นักวิจัยในหลากหลายสาขาวิชาหลงใหลในการสื่อสารผ่านเซลล์มานานหลายทศวรรษ ศาสตราจารย์ Otger Campàs ร่วมกับเพื่อนร่วมงานของเขาจาก Physics of Life (PoL) Cluster of Excellence ที่ Technische Universität Dresden และจาก University of California Santa Barbara (UCSB) สามารถไขปริศนาอื่นเกี่ยวกับคำถามที่ว่าเซลล์ใช้ความรู้สึกได้อย่างไร จากการสัมผัสเพื่อทำการตัดสินใจที่สำคัญระหว่างการกำเนิดตัวอ่อน บทความของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในวารสารแล้ววัสดุธรรมชาติ การทดสอบสภาพแวดล้อม ในบทความของพวกเขา นักวิจัยรายงานว่าเซลล์ภายในตัวอ่อนที่มีชีวิตทดสอบสภาพแวดล้อมทางกลอย่างไร และค่าพารามิเตอร์และโครงสร้างทางกลใดที่พวกเขารับรู้ "เรารู้มากเกี่ยวกับวิธีที่เซลล์รับรู้และตอบสนองต่อสัญญาณเชิงกลในจาน อย่างไรก็ตาม สภาพแวดล้อมจุลภาคของพวกมันค่อนข้างแตกต่างกันภายในตัวอ่อน และเราไม่รู้ว่าพวกมันรับรู้สัญญาณเชิงกลใดในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต" คัมปาส ประธานของเนื้อเยื่อกล่าว กรรมการผู้จัดการ Dynamics และ PoL เงื่อนงำเชิงกลช่วยให้เซลล์ทำการตัดสินใจที่สำคัญ เช่น จะแบ่งตัว ย้าย หรือแม้แต่แยกความแตกต่างหรือไม่ กระบวนการสร้างความแตกต่างโดยเซลล์ต้นกำเนิดกลายเป็นเซลล์พิเศษที่สามารถทำหน้าที่เฉพาะได้ งานก่อนหน้านี้เปิดเผยว่าสเต็มเซลล์ที่วางบนสารตั้งต้นสังเคราะห์ต้องอาศัยสัญญาณเชิงกลอย่างมากในการตัดสินใจ: เซลล์บนพื้นผิวที่มีความแข็งคล้ายกับกระดูกกลายเป็นเซลล์สร้างกระดูก (เซลล์กระดูก) ในขณะที่เซลล์บนพื้นผิวที่มีความแข็งคล้ายกับเนื้อเยื่อสมองจะกลายเป็นเซลล์ประสาท การค้นพบนี้ทำให้สาขาวิศวกรรมเนื้อเยื่อก้าวหน้าขึ้นอย่างมาก เนื่องจากนักวิจัยใช้ตัวชี้นำเชิงกลเหล่านี้เพื่อสร้างโครงร่างสังเคราะห์เพื่อเล้าโลมเซลล์ต้นกำเนิดเพื่อพัฒนาไปสู่ผลลัพธ์ที่ต้องการ โครงร่างเหล่านี้ใช้ในปัจจุบันในการใช้งานด้านชีวการแพทย์ที่หลากหลาย จากจานสู่ตัวอ่อนที่มีชีวิต อย่างไรก็ตาม จานไม่ใช่ที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติของเซลล์ ในขณะที่สร้างสิ่งมีชีวิต เซลล์ไม่ได้สัมผัสกับนั่งร้านสังเคราะห์ในจานแบน แต่ สัมผัส กับสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนในสามมิติ ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา กลุ่มวิจัยของ Prof. Campàs ได้ค้นพบสัญญาณเชิงกลที่นำทางเซลล์ในเนื้อเยื่อที่ซับซ้อนของตัวอ่อน ด้วยการใช้เทคนิคเฉพาะที่พัฒนาขึ้นในห้องทดลองของเขา นักวิจัยสามารถตรวจสอบเนื้อเยื่อที่มีชีวิตได้ในลักษณะเดียวกับเซลล์ และค้นหาโครงสร้างทางกลที่เซลล์สัมผัสได้ Campàs กล่าวว่า "ก่อนอื่นเราศึกษาว่าเซลล์ทดสอบสภาพแวดล้อมระดับจุลภาคด้วยวิธีทางกลอย่างไร เมื่อแยกความแตกต่างและสร้างแกนลำตัวของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ขณะที่พวกมันแยกความแตกต่าง" "เซลล์ใช้ส่วนที่ยื่นออกมาที่แตกต่างกันเพื่อผลักและดึงสภาพแวดล้อมของพวกมัน ดังนั้นเราจึงวัดปริมาณว่าพวกมันผลักได้เร็วและแรงแค่ไหน" การใช้หยดน้ำมันเฟอร์โรแมกเนติกที่แทรกระหว่างเซลล์ที่กำลังพัฒนาและให้มันอยู่ในสนามแม่เหล็กที่ควบคุม การสัมผัสโครงสร้างเนื้อเยื่อและเซลล์จะเปลี่ยนชะตากรรม สิ่งสำคัญต่อการกระทำของเซลล์ตัวอ่อนเหล่านี้คือสภาพร่างกายโดยรวมของพวกมัน ซึ่ง Campàs และกลุ่มวิจัยของเขาอธิบายไว้ในบทความก่อนหน้านี้ว่าเป็นโฟมที่ออกฤทธิ์ คล้ายกับฟองสบู่หรือฟองเบียร์ โดยเซลล์จะจับตัวกันเป็นก้อนโดยการยึดเกาะของเซลล์และ ชักเย่อกัน สิ่งที่เซลล์กำลังตรวจสอบทางกลไก Campàs และทีมค้นพบคือสถานะโดยรวมของ "โฟมที่มีชีวิต" นี้ - แข็งแค่ไหนและมีการรวมตัวที่ จำกัด เพียงใด "และในขณะที่เซลล์แยกแยะความแตกต่างและตัดสินใจที่จะเปลี่ยนแปลงชะตากรรมของพวกเขา มีการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติของวัสดุของเนื้อเยื่อที่พวกเขารับรู้" ตามที่เขาพูดในขณะที่เซลล์ภายในเนื้อเยื่อตัดสินใจเกี่ยวกับชะตากรรมของพวกเขา เนื้อเยื่อจะลดความแข็งลง ดำเนินต่อไป สิ่งที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ในการศึกษานี้คือคำถามที่ซับซ้อนว่า - และถ้าเป็นเช่นนั้น อย่างไร - การเปลี่ยนแปลงของความแข็งในสภาพแวดล้อมของตัวอ่อนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสถานะของเซลล์ "มีการทำงานร่วมกันระหว่างลักษณะทางกลไกของโครงสร้างที่เซลล์ร่วมกันสร้างขึ้น เช่น เนื้อเยื่อหรืออวัยวะ และการตัดสินใจของแต่ละบุคคล เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ขึ้นอยู่กับกลไกที่บ่งบอกว่าเซลล์รับรู้ในเนื้อเยื่อ การทำงานร่วมกันนี้อยู่ที่แกนกลาง ว่าธรรมชาติสร้างสิ่งมีชีวิตอย่างไร" การค้นพบจากการศึกษานี้อาจมีนัยสำคัญต่อวิศวกรรมเนื้อเยื่อ วัสดุที่มีศักยภาพซึ่งเลียนแบบลักษณะคล้ายโฟมของเนื้อเยื่อตัวอ่อน ซึ่งตรงข้ามกับโครงสร้างโพลิเมอร์สังเคราะห์หรือเจลที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย อาจช่วยให้นักวิจัยสร้างเนื้อเยื่อสังเคราะห์ อวัยวะ และรากฟันเทียมที่แข็งแกร่งและซับซ้อนมากขึ้นในห้องปฏิบัติการ ด้วยรูปทรงเรขาคณิตที่เหมาะสมและ คุณลักษณะทางกลสำหรับฟังก์ชันที่ต้องการ