校園生活：研究表明傷口如何在波浪中愈合

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如今家長(zhǎng)們都非常關(guān)心科學(xué)教育問(wèn)題，不管是國(guó)內(nèi)的科學(xué)教育還是國(guó)外的科學(xué)教育都成為了眾多家長(zhǎng)關(guān)心的問(wèn)題，那么既然現(xiàn)在大家都非常關(guān)心科學(xué)教育問(wèn)題，那么小編今天就為大家推薦一些與科學(xué)教育相關(guān)的文章來(lái)分享給大家吧，有興趣的話可以認(rèn)真閱讀下列的內(nèi)容哦。

我們體內(nèi)的許多細(xì)胞正在移動(dòng)，并且似乎以某種方式“知道”要去的地方。但是，他們?nèi)绾蔚弥康牡氐奈恢媚?這個(gè)問(wèn)題是理解現(xiàn)象的關(guān)鍵，例如我們體內(nèi)細(xì)胞的更新，癌細(xì)胞的遷移，尤其是傷口的愈合方式。奧地利科學(xué)技術(shù)研究院(IST Austria)的愛(ài)德華·漢內(nèi)佐(Edouard Hannezo)和他的小組與平島剛(Tsuyoshi Hirashima)及其京都大學(xué)的學(xué)生合作，提出了一種新的信息傳遞模型，其中細(xì)胞以自組織方式利用長(zhǎng)距離行波閉合傷口 這項(xiàng)研究最近發(fā)表在《自然物理學(xué)》雜志上。

研究人員建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)描述與皮膚層相似的基底上一層細(xì)胞內(nèi)的相互作用。這些細(xì)胞包含化學(xué)信號(hào)分子(蛋白質(zhì))，使它們能夠感知周?chē)钠渌?xì)胞，從而感知它們是被推還是拉，并控制自身的運(yùn)動(dòng)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，環(huán)境的感知以及細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)活化狀態(tài)的復(fù)雜相互作用共同產(chǎn)生了耦合的機(jī)械和化學(xué)行進(jìn)波，并在其中編碼了方向信息。

反饋回路

機(jī)械波表現(xiàn)為細(xì)胞的密集區(qū)域和稀疏區(qū)域在空間和時(shí)間上交替變化?；瘜W(xué)波表現(xiàn)為蛋白質(zhì)活性，并由細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和機(jī)械反饋觸發(fā)。細(xì)胞的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)細(xì)胞形狀變化和運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)細(xì)胞力學(xué)閉合反饋回路。在此耦合系統(tǒng)中，由于反饋和放大，這些機(jī)械和化學(xué)波會(huì)自發(fā)出現(xiàn)。

在正常的未受傷細(xì)胞層中，這些波沒(méi)有優(yōu)選的方向傳播，但是當(dāng)在一側(cè)引入人工傷口時(shí)，波會(huì)重新定向以完全遠(yuǎn)離傷口傳播。因此，研究人員假設(shè)，電波可能是一種交流工具，可以使細(xì)胞遠(yuǎn)離傷口，從而不能直接“看到”傷口，從而感覺(jué)到該走哪條路。

閱讀海浪

密度波使細(xì)胞的鄰居沿著波傳播的方向推拉。由于施加在單元格上的科普瑞力在每個(gè)波浪的波峰和波谷之間相等且相反，因此結(jié)果是單元格只是來(lái)回移動(dòng)了很小的距離而沒(méi)有任何凈運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，細(xì)胞無(wú)法知道電波的方向，因此無(wú)法獲得有關(guān)傷口位置的信息。

這是第二次蛋白質(zhì)活性波進(jìn)入的地方。由于蛋白質(zhì)激活的延遲，它在密度波之后稍稍撞擊細(xì)胞。而且由于蛋白質(zhì)的活性控制著細(xì)胞移動(dòng)的速度，因此兩波之間的延遲使細(xì)胞在沿傷口方向拉動(dòng)時(shí)可以快速移動(dòng)，而在被推開(kāi)時(shí)則可以緩慢移動(dòng)。這樣，細(xì)胞可以破壞對(duì)稱(chēng)性并開(kāi)始朝著傷口朝優(yōu)選方向移動(dòng)。

失衡實(shí)驗(yàn)

京都大學(xué)的研究人員在體外實(shí)驗(yàn)中，在基底上放置真實(shí)細(xì)胞的過(guò)程中觀察到了傷口愈合的這種失衡行為。他們使用一種新穎的顯微鏡技術(shù)，使他們能夠測(cè)量每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)活性：對(duì)該蛋白質(zhì)進(jìn)行了修飾，使其在激活時(shí)會(huì)亮起，從而揭示了遍及整個(gè)細(xì)胞層的蛋白質(zhì)激活波。研究人員能夠定量地預(yù)測(cè)波型，然后他們也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到。更令人驚訝的是，他們還發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)波之間的延遲接近理論上預(yù)測(cè)的最佳值，該延遲允許細(xì)胞從波中提取最大信息。

自組織的這種機(jī)制對(duì)于允許在細(xì)胞層內(nèi)的較大距離上進(jìn)行健壯和自發(fā)的方向通訊而言，是卓著的。它顯示了一種協(xié)調(diào)的行為可以在我們的身體中出現(xiàn)的方法，可以幫助他們康復(fù)和成長(zhǎng)。