研究人员通过测量细胞力发现肠上皮如何折叠和移动
肠横切面显示其特有的折叠结构。来源：艾米 Engevik
由 IBEC 的 Xavier Trepat 领导的一个国际团队在“La Caixa 基金会”的支持下，测量了实验室培养的小肠中的细胞力，破译了这个重要器官的内壁是如何折叠和移动的。该研究发表在《自然细胞生物学》上，为更好地了解乳糜泻或癌症等疾病的基础以及通过开发新疗法找到肠道疾病解决方案的能力打开了大门。
人体肠道由40多平方米的组织组成，其内表面有许多类似山谷和山峰的褶皱，以增加对营养物质的吸收。肠道还有一个独特的特点，就是处于不断的自我更新状态。这意味着大约每 5 天，其内壁的所有细胞都会更新，以确保肠道功能正常。直到现在，科学家们才知道这种更新可以通过干细胞来实现，干细胞被保护在所谓的肠隐窝中，并产生新的分化细胞。然而，导致隐窝呈凹形和新细胞向肠峰迁移的过程尚不清楚。
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现在，由 ICREA 研究教授兼 IBEC 小组组长 Xavier Trepat 领导的国际团队与 IRB、巴塞罗那 UB 和 UPC 大学以及巴黎居里研究所的研究人员合作，破译了导致隐窝的机制采用并保持它们的凹形，以及细胞如何向峰迁移，而肠不会失去其特有的折叠形状。该研究发表在著名的《自然细胞生物学》杂志上，将由 UPC 教授、IBEC 相关研究员和 CIMNE 成员 Marino Arroyo 领导的计算机建模与小鼠细胞的肠道类器官实验相结合，并表明这一过程由于细胞施加的机械力，这是可能的。这项研究的一个重要部分得到了“la Caixa”基金会在 CaixaResearch 计划框架内的支持。该实体还向第一位合著者 Gerardo Ceada 颁发了奖学金，以在 IBEC 攻读博士学位。
这些力决定和控制肠道的形状和细胞的运动
利用小鼠干细胞和生物工程和机械生物学技术，研究人员开发了类似于峰谷的三维结构的小肠类器官，在体内重现组织功能。使用同一组开发的显微镜技术，研究人员首次进行了高分辨率实验，使他们能够获得显示每个细胞施加的力的 3D 地图。
此外，通过这种体外模型，科学家们表明，新细胞向峰值的移动也受到细胞本身施加的机械力的控制，特别是细胞骨架，一种决定和维持细胞形状的细丝网络。
分辨率是衡量显微镜性能的一个重要技术参数。往往用Zui小分辨距离来表示。在显微镜的设计中确定，当Zui小点的衍射斑象的中心刚好落在另一个衍射 斑象的边缘，则认为两物点象刚刚能够被分辨；物镜的数值孔径越大，点光源像的Airy Disk 就越小，物镜的分辨率也越高。
“与迄今为止所认为的相反，我们已经能够确定不是肠隐窝的细胞推动了新的细胞向上，而是处于高峰的细胞将新的细胞向上拉动，类似于一位登山者通过将他们拉起来帮助另一个登山者，”来自 IBEC 的 Gerardo Ceada 解释道
“通过这个系统，我们发现隐窝是凹形的，因为细胞的上表面比底部的张力更大，这导致它们呈锥形。当这种情况发生在几个相邻的细胞中时，结果是组织折叠，形成峰谷模式，”卡洛斯·佩雷斯-冈萨雷斯 (IBEC 和居里研究所) 补充道。
新的小肠模型将允许在可重现和真实的条件下对癌症、乳糜泻或结肠炎等疾病进行进一步的研究，其中干细胞的增殖不受控制或褶皱的破坏。此外，肠道类器官可以用人体细胞制造，用于新药的开发或肠道微生物群的研究。