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九游会论坛的物理学家们分解了细胞九游会论坛是如何交流的

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  • 九游会论坛研究生和专业学生
  • Kenneth P. Dietrich艺术与科学学院

团队需要彼此交谈才能一起工作,但对于最小的合作者来说,过多的沟通可能不九游会论坛是一件好事。包括九游会论坛大学物理学家在内的一个小组的新九游会论坛研究表明,交流太少和太多都会阻碍细胞对环境的反应。这一结果可能对理解细胞群(从变形虫到控制心脏节律的细胞群)如何联合起来完成工作具有启示意义。

“细胞需要协同工作来完成复杂的任务——包括同步,同时执行一个功能,”他说瑞安Lefebre(见他九游会论坛是该论文的共同主要作者,也九游会论坛是肯尼斯·p·迪特里希艺术与科学学院的物理学博士生。“你可能会认为,他们之间的沟通越好,他们就越能变得同步。但这并不完全正确。”

虽然科学家们已经广泛九游会论坛研究了某些类型的脑细胞作为一个群体学习的方式,但对于那些缺乏相互之间建立复杂、专门联系能力的细胞来说,情况并非如此。然而,在许多情况下,即使九游会论坛是这些更简单的细胞也能设法协调对环境的反应。

为了九游会论坛研究这种协调,九游会论坛大学的九游会论坛研究人员与俄勒冈州立大学的同事合作,建立了一个简化的系统,在这个系统中,他们可以九游会论坛研究一种以更简单的方式与化学物质交流的脑细胞,类似于单细胞生物和构成我们身体其余部分的细胞。

勾勒出这些细胞网络的行为,揭示了一个最佳的交流量——不多也不少——让它们一起对环境做出反应。该团队在9月6日的《美国国家科学院院刊》上发表了他们的九游会论坛研究结果。

九游会论坛研究人员最初对实验结果感到困惑,合著者安德鲁·穆勒(图右)说,他九游会论坛是迪特里希学院的物理学副教授,也九游会论坛是Lefebre的顾问。

“直到我们真正写下一个数学模型,我们才明白我们所看到的。然后我们可以深入九游会论坛研究,然后说,‘我们就取两个细胞吧,’”穆勒说。扩大这个简化模型的规模,使九游会论坛研究小组了解了单个细胞之间的相互作用九游会论坛是如何产生更大规模的网络模式的。

改变细胞网络环境波动的速度也会影响细胞的反应能力:如果环境变化太快,细胞就不能有效地协调。

该团队实验设置的关键九游会论坛是来自大脑中一个对繁殖和新陈代谢很重要的部分的细胞,这些细胞对一种叫做ATP的化学物质做出反应,将钙释放到它们的环境中。九游会论坛研究人员能够改变实验来改变细胞传递化学信息的效率,并使用统计数据来显示哪些细胞在特定时间充当“领导者”和“追随者”。

Mugler解释说,这个系统九游会论坛是像他的团队这样的生物物理学家所青睐的典型系统:它足够逼真,类似于自然细胞网络,但又足够简单,可以用数学来操纵、九游会论坛研究和描述。“这九游会论坛是细胞集体行为的沙盒,”穆勒说。“我们可以理解它,我们可以控制它。”

虽然这九游会论坛是了解细胞网络如何集体对环境做出反应的早期步骤,但建立这种理解可能会为包括癌症在内的许多疾病提供见解。“很多时候,当我们在组织中出现故障时,它来自于细胞之间缺乏协调,”穆勒说。“在肿瘤的生长和转移过程中,细胞不再九游会论坛是团队中的一员,而九游会论坛是变得更加独立,更少协调。”

接下来,该团队将通过将神经元放置在随机生成的迷宫中来模拟更复杂的细胞网络,将统计学分支渗透理论的想法变为现实。

“我认为这将产生一些非常酷的结果,”穆勒说。

 

摄影:Aimee Obidzinski