تاخوردگی و تغییر شکل بافت

چگونگی خم شدن، تاخوردن و تغییر شکل ورقه‌های سلولی — از طریق تغییرات در شکل سلول، چسبندگی و نیروی مکانیکی — برای ساخت لوله‌ها و ساختارهای سه‌بعدی.

Definition

تاخوردگی و تغییر شکل بافت، فرآیندهای مورفوژنتیکی هستند که طی آن ورقه‌ها و توده‌های سلولی هندسه خود را — خم شدن، کشیده شدن و بازآرایی — از طریق تغییرات هماهنگ در شکل سلول‌های منفرد، چسبندگی و نیروهای منتقل شده در سراسر بافت، تغییر می‌دهند.

Scope

این موضوع به مکانیک سلولی مورفوژنز در سطح بافت می‌پردازد: انقباض راسی (apical constriction) و سایر تغییرات شکل سلولی که اپیتلیوم را خم می‌کنند، کشیدگی همگرا (convergent extension) که بافت‌ها را بلند می‌کند، چسبندگی افتراقی (differential adhesion) که سلول‌ها را مرتب می‌کند، و نقش نیروهای مکانیکی در شکل‌دهی اندام‌ها. از مثال‌هایی مانند بسته شدن لوله عصبی (neural tube closure) و فرورفتگی اپیتلیال (epithelial invagination) استفاده می‌شود.

Core questions

• چگونه تغییر شکل سلول‌های منفرد یک ورقه کامل را خم می‌کند؟
• چگونه سلول‌ها برای بلندتر و باریک‌تر کردن یک بافت بازآرایی می‌شوند؟
• چسبندگی افتراقی چگونه گروه‌های سلولی را مرتب و شکل می‌دهد؟
• نیروهای مکانیکی چه نقشی در شکل‌دهی بافت‌ها دارند؟

Key theories

فرضیه چسبندگی افتراقی

سلول‌هایی با مقادیر یا انواع مختلف مولکول‌های چسبندگی مانند مایعات غیرقابل اختلاط رفتار می‌کنند، مرتب می‌شوند و گرد می‌شوند تا انرژی سطحی را به حداقل برسانند، که به توضیح چگونگی سازماندهی جمعیت‌های سلولی مخلوط در بافت‌های لایه‌ای و شکل‌دار کمک می‌کند.

کنترل مکانیکی مورفوژنز

نیروهای تولید شده در داخل و بین سلول‌ها — کشش، فشار و چسبندگی — به طور فعال تاخوردگی، کشیدگی و شاخه‌زایی را هدایت می‌کنند و مکانیک بافت را به یک عامل مستقیم در شکل‌گیری تبدیل می‌کنند تا نتیجه‌ای منفعل از سیگنال‌های شیمیایی.

Mechanisms

ورقه‌های اپیتلیال زمانی خم می‌شوند که سلول‌ها در یک سطح منقبض شوند — معمولاً انقباض راسی که توسط انقباض شبکه اکتومیوزین (actomyosin network) هدایت می‌شود — و باعث می‌شود ورقه خم شده و شیارها یا لوله‌هایی را تشکیل دهد، مانند بسته شدن لوله عصبی. بافت‌ها از طریق کشیدگی همگرا بلند می‌شوند، که در آن سلول‌ها بین یکدیگر درهم‌تنیده می‌شوند تا بافت را در یک محور باریک کرده و در محور دیگر بلند کنند. چسبندگی افتراقی، که توسط کادهرین‌ها (cadherins) و سایر مولکول‌های چسبندگی میانجی‌گری می‌شود، باعث می‌شود سلول‌ها با به حداقل رساندن انرژی سطحی، به لایه‌ها و توده‌های گرد مرتب شوند. در تمام این موارد، نیروهای مکانیکی از طریق اتصالات سلولی و ماتریکس خارج سلولی منتقل می‌شوند، بنابراین شکل نهایی منعکس‌کننده تعامل رفتار سلولی و مکانیک بافت است.

Clinical relevance

نقص در تاخوردگی مانند بسته نشدن کامل لوله عصبی، نقایص مادرزادی جدی ایجاد می‌کند، و اصول مکانیکی شکل‌دهی بافت، مهندسی بافت و کشت ارگانوئید (organoid culture) را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این مدخل آموزشی است و منبعی برای مشاوره بالینی نیست.

History

فرضیه چسبندگی افتراقی (differential adhesion hypothesis)، که از آزمایش‌های مرتب‌سازی سلولی توسعه یافت، یک توضیح فیزیکی اولیه از سازماندهی بافت ارائه داد؛ کارهای بعدی چسبندگی مولکولی را با مکانیک کمی بافت ادغام کردند تا تاخوردگی و تغییر شکل را توضیح دهند.

Key figures

• Malcolm Steinberg
• Donald Ingber

Seminal works

• gilbert2016
• mammoto2010

Frequently asked questions

چگونه یک ورقه مسطح از سلول‌ها به یک لوله تبدیل می‌شود؟

سلول‌ها در امتداد ورقه در یک طرف منقبض می‌شوند و ورقه را به یک شیار خم می‌کنند که عمیق‌تر شده و به یک لوله تبدیل می‌شود — به عنوان مثال، به این ترتیب لوله عصبی تشکیل می‌شود.

آیا نیروهای فیزیکی واقعاً جنین‌ها را شکل می‌دهند؟

بله. نیروهایی مانند کشش و فشار که توسط سلول‌ها تولید می‌شوند، به طور فعال تاخوردگی و کشیدگی را هدایت می‌کنند و همراه با سیگنال‌های شیمیایی برای ساخت شکل بافت عمل می‌کنند.