力学在血管形成和其他发育生物学中发挥的作用比以前想象的要大。细胞似乎会对压力等机械信号做出反应。通过细胞外基质(纤维蛋白网络)，细胞据称可以长距离交换这些机械信号。为了更好地了解细胞和基质如何相互影响，莱顿数学研究所(MI)和莱顿生物研究所(IBL)的研究人员开发了一个模拟模型。

小血管的形成在伤口愈合和肿瘤生长等方面发挥着重要作用。形成这些新血管的细胞必须能够在相对较长的距离内找到彼此。新的研究表明细胞为此目的交换机械信号。细胞外基质在这里发挥作用。

由RoelandMerks教授领导的莱顿数学家和生物学家研究小组引入了一种新的计算机模型来计算细胞与细胞外基质之间的相互作用。他们的研究结果发表在《生物物理学杂志》上。

细胞之间的一种胶水

“细胞外基质是细胞之间的一种胶水，由细胞分泌的细长纤维状蛋白质组成，”默克斯说。这种纤维网络存在于动物和人类的组织中。但类似的纤维网络也存在于植物细胞的细胞壁中，它们部分由纤维素组成。它赋予结构和强度。

当细胞拉动或推动纤维时，该网络还可以传输机械信号，从而导致矩阵进一步发生变化。其他细胞对这种变形做出反应，例如，变形告诉它们应该走哪条路才能一起形成血管。

为了更好地理解这个过程，研究人员开发了一个模拟模型。“我们研究所谓的蜂窝波茨模型已经有一段时间了，”默克斯说。这个已有30年历史的模型描述了细胞的运动和行为以及外力造成的细胞变形。“缺少的是细胞外基质的良好表现，尽管我们知道它很重要。”

将化学和数学结合在一起

为了使图片更加完整，数学家BenteHildeBakker将Potts模型与化学计算方法相结合，可以描述细胞外基质的纤维和互连。

将两者结合在一起并不容易。生物学家ErikaTsingos测试了新的组合模型并将其与实验进行了比较，他说：“该解决方案的灵感来自于我们在真实细胞中看到的情况。”“细胞通过膜上的蛋白质与纤维网络接触。你可以把它想象成抓住纤维并推拉它们的小手。”他们通过在重叠点以数字方式连接细胞膜和纤维来模仿这一点。然后，当细胞收缩时，纤维模型会记录该特定点处的力。这种力量通过连接在网络中传播。

更好地了解血管形成

使用这个新模型，Tsingos模拟的事情之一是光纤之间的互连数量如何决定细胞收缩时网络的反应。通过许多互连，发现矩阵的形状会改变到几个单元长度之外。“这与我们在真实细胞实验中看到的长期效应一致，”Tsingos说。“所以我们的模拟似乎与生物系统相匹配。”

“我们已经证明这项技术是有效的，”默克斯说。“下一步是使用新的计算机模型更好地理解涉及细胞外基质的过程，例如血管形成。”

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