研究确定了海星胚胎中细胞对压力的反应

作者说，这些结果可能对理解健康细胞如何适应不受控制的肿瘤细胞施加的压力具有未来意义。

虽然之前已经描述过细胞不寻常的几何形状，即鳞状细胞，但人们认为它主要是由于细胞嵌入其中的组织形状而发生的。鳞状体呈棱柱状，顶部有六个边，底部有五个边。先前的研究表明，当组织以某种方式弯曲时，例如管状或蛋形形式，一部分细胞将变成鳞状细胞，因为这是在这种情况下具有的能量有利形状。

在这项新研究中，研究人员结合了海星胚胎发育的实时成像、详细的图像分析和计算建模，表明细胞在其他更常见的情况下也会变成鳞状细胞。

他们发现，在致密的上皮组织中发生细胞分裂后，细胞变成了鳞状细胞。细胞是动物的基石。在胚胎发育过程中，这些细胞迅速分裂，数量增加。上皮细胞以其强大的相互连接和覆盖身体表面的能力而与众不同。这些细胞形成层，形成保护屏障，将成年动物的外表面与内腔分开。此外，上皮组织形成腺体，是许多器官（如肝脏或肾脏）的主要组织。

随着这些细胞数量的增加，它们通常需要适应有限的空间，从而导致组织压实。因此，上皮细胞必须有效地组织起来，同时承受来自同样增殖的邻近细胞的压力。这项研究表明，上皮细胞可能能够通过采用鳞状形状来容纳新形成的细胞。

“通过观察海星的胚胎，我们正在发现有关细胞生物学的重要新信息，这些信息与人类健康有潜在的联系，”斯克里普斯海洋学的研究合著者和海洋生物学家Deirdre Lyons说。“这是第一项在现场电影中捕捉到的海星胚胎发育过程中上皮细胞堆积和细胞分裂的研究。我们的研究结果对理解这些组织的细胞结构具有广泛的意义。

海星胚胎是了解细胞在增殖时如何组织成上皮层的理想选择。这是因为海星细胞经历了几轮同步细胞分裂，导致上皮层的形成。此外，这些胚胎在海水中发育，它们相当透明，并且易于在高分辨率显微镜上成像。这些特质使科学家们能够随着时间的推移跟踪每个单独的细胞，同时观察整个上皮组织的形成。

“细胞生长和组织之间的适当协调是一个非常复杂的过程。通过使用海星胚胎作为模型，我们已经能够动态地研究其发育的早期阶段，“该研究的合著者、IBiS的研究员路易斯·玛丽亚·埃斯库德罗说。

斯克里普斯海洋学的研究人员在实验室中捕获了实时图像，显示了这些细胞过程的进行。然后，IBiS团队使用Escudero小组最近发表的一种新型图像分析方法CartoCell来进一步分析图像。CartoCell是一种基于深度学习的软件工具，可以快速自动处理三维图像，例如来自海星胚胎延时摄影的图像。

“我们观察到，在细胞分裂后，细胞采用鳞状形状的可能性显着增加，”埃斯库德罗说。“因此，我们得出结论，增殖引起的细胞密度增加与形状的变化有关。这种形状的变化可能是因为细胞在鳞状体时能更好地承受压缩。

通过展示细胞如何在组织内组织以应对压力，这项研究可以为未来与癌症研究相关的应用打开大门。

“我们的研究可以帮助理解压缩组织中发生的变化，无论是由于正常过程还是与疾病相关的情况，”Barone说，他现在是斯坦福大学的助理教授。

除了Barone，Escudero和Lyons之外，研究小组还包括来自IBiS的共同第一作者Antonio Tagua，以及来自IBiS的研究合著者Jesus Á. Andrés-San Román和Juan Garrido-García，以及来自斯克里普斯海洋学的Amro Hamdoun。

该研究由人类前沿科学计划，美国国立卫生研究院和西班牙科学与创新部资助。