一种模拟果蝇翅膀发育的新计算模型使研究人员能够识别器官生成背后以前隐藏的机制。
由于果蝇和人类的器官发育方式非常相似，因此该模型的生物学见解可用于诊断和治疗人类疾病，如癌症、阿尔茨海默氏症和先天性遗传性出生缺陷。
圣母大学化学和生物分子工程副教授耶利米·扎特曼（Jeremiah Zartman）与一个多学科研究团队合作，其中包括来自加州大学河滨分校的合作者，他们开发了一种果蝇模型，以对产生器官组织的机制进行逆向工程。
该团队的研究结果对调节器官细胞大小和形状的化学和机械杠杆有了更深入的了解，并已发表在《自然通讯》上。
“我们正试图在计算机中模拟一个器官 – 有效地创建该器官的数字孪生，”Zartman说。“我们正在研究不同的细胞和细胞的一部分，看看我们是否可以预测它们将如何相互作用。
器官的发育是为了响应扎特曼所说的信号“交响乐”。研究人员的果蝇模型整合了协调细胞运动、收缩、粘附和增殖的众多信号。它还结合了细胞成分的机械、化学和结构特性，并解释了这些特性如何随时间和不同位置的变化。
该模型和他的实验室的实验结果都表明，有两类不同的化学信号通路或信号序列，它们产生弯曲或扁平的组织 – 确定了产生特定形状器官的灵活性和可调性。
接收来自胰岛素信号的细胞导致组织的曲率增加，而接收来自其他两种关键生长调节因子输入的细胞使组织变平。研究人员发现，这些生长调节剂还操纵细胞的内部框架或细胞骨架，以进一步塑造细胞的大小和形状。
Zartman小组的宏观目标是确定从模拟苍蝇器官研究中收集到的生物学规则在多大程度上与植物，鱼类和人类等不同的系统共享。
“我们未来的目标是开发一种数字原型器官，以解决生物学中的一个基本问题——细胞如何产生功能器官？”扎特曼说。
该团队正在进行的工作由美国国家科学基金会的鲁棒性，整合和组织生物学涌现机制（EMBRIO）研究所以及发现生物系统中的规则和意外现象的模型（MODULUS）计划资助。
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