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加州大学尔湾分校新闻

如果细胞会说话……事实上,它们会。但是他们在说什么呢?

你知道当你走上舞台时,你的胃里立刻会有“蝴蝶”吗?化学工程助理教授阿比盖尔·科普斯(Abigail Koppes)说,这是你大脑和肠道里的细胞相互交流。

但是,这些细胞究竟是如何交流的,甚至比科普斯这样的科学家所理解的还要复杂,这主要是因为人体中的许多线条是模糊的。正如Koppes所说,“你的肠道里的神经元比脊髓里的多。”

将这种性能归结为它的特性——它的化学特性可能会在生产的旋风中迷失——koppes的实验室正在将单个类型的细胞分离到手持芯片上。每个人独特的饮食和微生物群为这一阶段设置了不同的舞台,但是Koppes的技术可以阐明这些细胞应该做什么,以及它们在不同的环境中如何做——结合剧作家和导演的知识。

第一步?完善允许这种监督的技术。

正如神经工程实验室高级生物材料小组所知道的,细胞相互作用的方式是复杂的。解决方案?一次只研究几个,身体以外的。照片由Ruby Wallau/东北大学提供

科普斯的团队已经制造出塑料滑梯,在肉眼看来是空的。但是它们的表面充满了平滑肌细胞的减少了的群落,这些细胞使你能够消化食物,或者是神经元从你的肠道向上传递细菌信息。

Koppes称这些器官为“芯片上的器官”。“在目前的研究阶段,这些手持环境作为捐赠者的年龄、性别和疾病状况的表征(例如,肠易激综合症vs.无肠易激综合症),研究人员可以从中拼凑出趋势。”正如Koppes所说,“在个性化医疗被采用之前,我们需要做到这一点,并验证这项技术的有效性。”

Nikolai Slavov, an assistant professor of bioengineering at Northeastern, has developed a data-driven technique to detect more than 2,000 proteins in a single cell. He says the new method could be used to help scientists develop therapies to treat cancer, diabetes, and other diseases with minimal side effects. Photo by Ruby Wallau/Northeastern University

这项新技术可以分析单个细胞中比以往任何时候都多的蛋白质。这对癌症治疗意味着什么?


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最终,她说,修补这些缩小版的身体可以纠正我们对医学发现、治疗和结果的假设,甚至是那些来自不同样本的结果,因为人体内的多样性会被更好地理解。如果一切进展顺利,这个包括亚当·宾达斯、杰西卡·斯奈德、乔恩·索西和他的助理化学工程教授瑞安·科普斯在内的团队可能会使我们的理解复杂化。

但首先,它们必须简化。

通过消除嘈杂的环境,就像剥开一层一层的千层面,研究人员可以观察到他们自己的组成部分,特别是他们的任何角色和力量,通常会模糊到他们的邻居。

这种分离是必要的,因为如果神经系统是什么,它是拥挤的。作为身体的主要通道,它将大脑中做出的决定传递到需要执行它的身体部位,许多信息也从这些身体部位流出,它们的细胞以一种或多或少自动的方式读取和维护系统。

肠胃就是一个很好的例子。当你的肠内分泌细胞伸出它们的触角进入你的肠道,探测到需要消化的食物时,它们不会等着你决定消化——它们只会这样做。或者,更准确地说,他们把这种需要传达给神经系统,而神经系统反过来给他们开绿灯,所有这些都不需要你(有意识的)帮助。

“我们并没有真正积极地去思考它们的发生,但是这些信号一直在从我们的‘外部’身体来回地回到我们的大脑,”Koppes说。

然而,科普斯说,科学家们已经观察到,大脑可以忽略这种自动维持,至于它是如何以及何时介入的,目前还不清楚。这就是Koppes想要弄明白的,除了揭示人与人之间互动的细微差别之外。


你在音乐上的大脑


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她说:“我们认为,通过建立这些模型,你实际上可以开始以一种更个性化的药物类型来筛选东西。”

这不必是一个遥远的现实;如果Koppes的实践环境被证明是可行的,它们的实施可以改善现有的流程。

科普斯说:“如果你生病了,你已经可以去做结肠镜检查之类的检查了。”他还说,在做结肠镜检查的过程中取了一小块皮肤样本,“我们可以利用这些细胞来筛选某种疗法是否对你有效。”

预测人体内部的运作方式已经进化了几十万年,预测人体的结果听起来就像预测两个陌生人将如何互动一样毫无意义,考虑到基于情绪和信念的无限可能性,更别提发生互动的环境了。

但我们的牢房并不陌生;他们是相识已久的盟友,更像是一场辩论的参与者。如果你熟悉个体参与者——在他们自己的环境中观察他们;了解他们的平台、经验和兴趣;记录下他们过去与谁交往过,这样你就能更好地理解他们之间的对话。你甚至可以预测它。

“我们想要做的是提出关于人类生物学的问题,”Koppes说,“但要以一种真正可控的方式。”

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.northeastern.edu/2020/01/31/if-cells-could-talk-actually-they-do-but-what-are-they-saying/