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纤维化扩展中旁张力信号介导的肌成纤维细胞和纤维细胞通讯
《美国国家科学院院刊》( PNAS)在线发表了清华大学医学院生物医学工程系和清华-北大生命联合中心杜亚楠教授研究组题为“纤维化扩展中旁张力信号介导的肌成纤维细胞和纤维细胞通讯”(Matrix-transmitted paratensile signaling enables myofibroblast-fibroblast crosstalk in fibrosis expansion)的研究长文。该研究应用单细胞力学刺激和体外仿生模型结合数学模型计算,系统探究了基质材料介导的力学信号在细胞间通讯的时空作用模式、分子基础,及其在纤维化发展蔓延过程中的作用,为细胞间力学信号介导的成纤维细胞(FB)-肌成纤维细胞(MF)互作提供了直接证据,并将这种纤维化发展进程中基质纤维介导的新型细胞间通讯模式命名为 “旁张力信号”(Paratensile signaling)。组织器官在受到损伤之后,会发生损伤修复,诱发组织纤维化。如果没有有效的控制措施,慢性纤维化疾病会最终导致组织硬化,诱发器官衰竭。有研究表明,在现代社会死亡病例中有将近50%与组织器官的慢性纤维化相关,包括此次新冠肺炎,会伴有肺部纤维化,重症患者纤维化进一步蔓延可导致呼吸衰竭,肺部纤维化也是愈后后遗症的重要风险因素之一。成纤维细胞的持续激活是各类组织纤维化中的主要诱因,在组织器官受到损伤或病毒感染之后,组织内的成纤维细胞FB会受到“旁分泌因子”(paracrine factors),例如TGF-b,PDGF等诱导,激活分化成为肌成纤维细胞MF,并分泌大量的细胞因子及细胞外基质,造成更广泛的成纤维细胞激活和组织硬化,进而引起组织器官内纤维化区域蔓延。除了感知化学信号,部分研究显示体外细胞会导致细胞外基质生物化学及生物物理性质的改变,也有研究表明细胞能够感受细胞外基质的物理特性,比如硬度、粘弹性等并作出响应。2017年,杜亚楠课题组发表于《自然·材料》的研究发现,在肝脏纤维化早期,肝窦内皮细胞可通过胶原纤维束传递力学信号激活星型细胞,导致肝脏纤维化蔓延。但是到目前为止,纤维化进展过程中细胞外基质材料介导的细胞间力学通讯的模式是否保守,以及其在组织器官内的蔓延模式、相关分子机制尚不明确。图1 组织纤维化扩展中旁张力信号介导的细胞间机械通讯示意图旁张力信号包含三个过程,一、力学信号的产生;二、力学信号在细胞外基质传递;三、周围细胞接受力学信号刺激作出响应。此过程介导了纤维化区域在组织内的扩张蔓延。研究团队首先在单细胞和多细胞水平上,通过统计FB和MF细胞收缩力和互作结果,显示细胞间存在基于胶原纤维化介质的细胞间通讯。为了进一步证明细胞间的机械通讯行为,团队建立了基于原子力显微镜可通过胶原纤维对单细胞施加可控、细胞级别力刺激的研究平台,利用该平台尽可能去除旁分泌等化学信号对细胞造成的影响。团队研究了来源于不同组织(肝脏、心脏和皮肤)的成纤维细胞对于旁张力信号的响应模式,即旁张力信号作用机制的三个过程:力的产生-力学信号在细胞外基质传递-临近细胞感受力学信号作出响应;研究发现距离施力细胞70微米 之外的细胞能在1秒之内对旁张力信号作出响应,并且初步证明细胞表面胶原蛋白受体Integrin/DDR2和机械力敏感钙离子通道Pizeo1介导了细胞间力学信号向细胞内生物化学信号的转变。 基于实验现象,团队进一步建立了基于单纯旁张力的数学模拟计算方法(Fibroblast - Myofibroblast Populated Collagen Lattice model, FMPCL),利用该数学模型可重现体外实验结果,包括细胞力产生、胶原纤维束的聚集及旁张力信号介导的成纤维细胞的激活,同时可预测在单细胞、多细胞水平下细胞间作用距离对于细胞激活的程度。在细胞水平研究的基础上,进一步结合微加工技术、组织工程手段和报告基因系统,分别构建了可模拟纤维化蔓延界面的体外纤维化灶扩展( fibrotic foci expansion)模型和可模拟心脏纤维化扩展的体外仿生模型,并结合数学仿真,发现在纤维化组织和正常组织交界面(border zone)存在广泛的MF-BF细胞间旁张力通讯,导致界面不断扩展、纤维化区域蔓延。使用激光切割技术切断介质胶原纤维束,能够显著的阻断纤维化区域的蔓延。同样,阻断细胞间旁张力通讯能够抑制体外仿生模型中心脏纤维化的蔓延,证明了旁张力信号在组织纤维化扩展蔓延中不可或缺的作用(图2)。图2 纤维化蔓延界面和心脏纤维化仿生体外组织模型和数学模型在纤维化蔓延界面体外(A)和数学模拟(B)仿生模型中,在未干预的情况下,纤维化区域呈现显著蔓延并伴随着成纤维细胞的激活。通过显微切割技术切断纤维化界面的胶原纤维阻断旁张力信号,纤维化蔓延趋势得到显著抑制。同样在模拟心脏心室壁的组织纤维化模型和数学模拟模型中(C),在未干预情况下均出现显著纤维化蔓延,但是经过小分子BAPN处理抑制胶原纤维重塑,纤维化区域的蔓延得到抑制。该研究为细胞外基质材料介导的细胞间机械通讯提供了直接证据,“旁张力”细胞间通讯模式是对现有基于生化因子的“旁分泌”信号机制的重要补充(见视频),为纤维化病理研究提供了新视角,为临床干预纤维化疾病提供了新思路。清华大学医学院生物医学工程系教授、北大-清华生命联合中心研究员杜亚楠为本论文通讯作者,杜亚楠研究组已毕业博士刘龙伟、硕士于鸿升为本文的共同第一作者。杜亚楠课题组已毕业博士赵辉、鄢晓君,在读博士生龙艺、吴钊钊、尤志峰、周律等对此项工作有重要贡献。该研究得到了北京市自然科学基金、北京市自然科学技术委员会和国家自然科学基金的资助。文章链接:https://www.pnas.org/content/early/2020/04/30/1910650117?from=groupmessage&isappinstalled=0
清华大学 2021-04-11
降解生物塑料的真菌菌株及其用途
本发明公开了一株降解生物塑料的真菌菌株及其用途。本发明真菌菌株(Bionectria ochroleuca)的微生物保藏号是:CGMCCNo.3470。本发明真菌菌株对温度、pH等自然环境条件的适应范围广,在pH4-11范围内都具有降解生物塑料的能力。本发明真菌菌株来源于普通土壤,容易培养和保存,可利用大豆油,甘油,或葡萄糖作为PBS的替代碳源物质对其进行发酵培养。本发明真菌菌株可以快速降解PBS、PBSA等生物塑料及其废弃物,促进生物降解塑料的使用,减少白色污染,有利于环境保护。
北京林业大学 2021-02-01
液性塑料数控综合对刀装置
本发明公布一种用在数控镗铣类机床上的液性塑料数控综合对刀装置,属于数控机床技术领域。包括开有一轴向通孔的外套;在所述外套轴向通孔内从上至下依次配合安装有调节螺钉、加力轴、液性塑料和对刀轴;本发明利用液性塑料压力作用下保证四个相差900的放置在外套径向通孔中的径向滑柱的外端圆柱面处于同轴线的位置,使径向滑柱处于对刀位置;利用液性塑料压力作用下对刀轴的台肩与端盖表面紧密接触,使对刀轴处于对刀位置。本发明有益效果是:一次装夹就能完成工件坐标系的建立,与数控机床坐标位置显示配合也可以完成对工件内外轮廓和深度方向尺寸测量,使用方便,对刀时间短,效率高,而且不受工件上Z坐标轴对刀位置面积大小的限制
江苏师范大学 2021-04-11
一种塑料垃圾吸收器
其他成果/n塑料垃圾吸收器,它是在塑料垃圾吸收器的外壳上部有手柄,手柄上面有按钮开关,在外壳的里面有吸料管,吸料管的下端是吸料口,另一端是风机,风机的下面是镍氢电池,镍氢电池的旁边是储料室,储料室的上部有顶盖,储料室下部有底盖,工作时,打开按钮开关,由镍氢电池供电的风机开始转动,塑料垃圾从吸料口通过吸料管被风机吸到顶盖附近,当储料室里面储存的垃圾较多时,按下底盖按钮,储料室里面的垃圾就被倒出来。
武汉轻工大学 2021-04-11
PE/EVA基隔音塑料片材
可以量产/n内容简介:采用本技术生产的PE/EVA基隔音塑料片材,经在富康发动机上应用,其指标均达到了富康轿车采用法国轿车发动机隔音垫表皮片材技术标准的各项要求。该类产品在国际上也是近年来只有少数工业国家研究开发和生产供应,在亚洲只有日本已研制生产,在我国尚无生产厂家,主要依赖进口,所以本技术填补国内空白,可节约外汇,具有明显的经济效益。技术指标:质量3394G每平方米,厚度1.59MM;柔软性为64MM,阻燃性为17MM/MIN,其断裂伸长率、撕裂伸长率、撕裂强度、受热尺寸变化率及成型工艺性能均优
湖北工业大学 2021-01-12
全降解性淀粉基塑料制品
我国已是“白色污染”十分严重的国家。据有关资料统计,就PVC一项的消耗,到本世纪末,我国将达到人均1.7kg/年的水平。如果再加上其它聚合物材料的应用,其数量将十分惊人。而目前对于废弃的塑料制品除少量重新回收利用外,多采取焚烧、填埋、倒入海中等方法处理。由于这类塑料制品在自然界中的分解十分缓慢(约需200年),势必将造成严重的污染和对生态环境不可估量的破坏
西安交通大学 2021-01-12
阻燃隔热硬质聚氨酯泡沫塑料技术
成果简介:本项目阻燃隔热硬质聚氨酯泡沫塑料具有阻燃效率高、产烟量低、 压缩强度高、导热系数低等优点。阻燃性能达到B1 级,密度 4080 kg/m3, 导热系数 0.024W/mK,吸水率≤2%,压缩强度 0.3 MPa。 项目来源:横向项目 技术领域:新材料技术 应用范围:用于建筑领域外墙及管道的隔热保温。 现状特点:国内先进 技术创新:结合了聚氨酯结构改性与阻燃剂改性复合技术 所在阶段:小批量生产
北京理工大学 2021-04-14
粘土纳米改性塑料和玻璃钢
内容介绍: 本项目针对聚烯炷和不同玻璃钢用树脂基体的结构特点,釆用特殊的 无机纳米粒子表面改性方法对天然硅酸盐粘土进行改性,获得系列改性 纳米粒子。通过适当的工艺,制备出系列综合性能优异的聚烯煙纳米复 合材料和具有良好机械性能、耐介质特性、耐老化性能的改性纳米复合 玻璃钢材料。 该技术达到国
西北工业大学 2021-04-14
新型导热电线、电缆塑料原料
通常塑料原料的导热性差,而作为电线、电缆原料,导热性不好会导致电、电缆中的热量集聚,特别是电线、电缆的负荷较大时,热量集聚可能使塑料层加快老化,甚至熔化而形成裸露的电线或电缆,为电线短路起火造成重大安全隐患。此新型电线电缆原料的导热性好,且不会影响其原有的绝缘性能,可以把电线中产生的热量快速传导出去,有效地消除了安全隐患。
四川大学 2021-04-14
一种塑料无模成型装置
本发明公开了一种塑料无模成型装置,包括塑化部件、分滴部件和成型部件;所述分滴部件采用的开关机构为喷嘴针,包括密封环、弹性关节、针芯,具有压电性能的致动器作用于喷嘴针,从而通过针芯控制卸料口的开闭,实现开闭速度小于0.01s,满足3D打印对高粘性材料分割尺寸的要求。同时避免了泄漏、磨损等问题,实现对高粘性、高压、高温流体的高频、微量开关控制。成型部件的机械手包含多个受控制系统驱动的运动关节,可使机械手的末端处于任意位置和任意方向。此外,本发明对成型材料没有光敏性等特殊要求,能成型任意三维形状的物体。省去开模环节,能节省生产时间、降低生产成本,适用于单件或小批量生产可直接使用的塑料制品。
浙江大学 2021-04-13
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