Saúde
Um avanço na meca¢nica celular descobre o alongamento anormal do embria£o e sugere possibilidades de tratamento
Em uma descoberta recente, uma equipe de pesquisa lançou uma visão cratica sobre o que causa o alongamento anormal do embria£o e possaveis novas maneiras de trata¡-los desordens. Os resultados foram publicados na Science Advances
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Universidade de Hong Kong - 10/08/2021
Diagramas esquema¡ticos do alongamento do embria£o de Caenorhabditis elegans. (A) Desenhos mostrando dois esta¡gios de alongamento impulsionados por células da costura e contrações musculares. (B) Ilustração da microestrutura da parede do embria£o (tratada como um cilindro de parede fina). O fechamento ventral aumenta a pressão hidrosta¡tica (P) na cavidade e causa pré-estiramentos. Depois disso, a contração gerada nas células da emenda causa o encolhimento da parede do embria£o na direção circunferencial e, eventualmente, leva ao seu alongamento axial. Esse alongamento éainda sustentado pela contração dos maºsculos da parede corporal no segundo esta¡gio. (C) Ilustração do nosso modelo. A canãlula de costura étratada como um material neo-hookeano isotra³pico com ma³dulo de cisalhamento μse, enquanto a resposta da canãlula dorsoventral éconsiderada como determinada pela matriz fundamental (com ma³dulo de cisalhamento μdv) e feixes de actina embutidos (caracterizados por k1, k2 e κ ) No primeiro esta¡gio, o alongamento do embria£o éconduzido pela força contra¡til ativa Fseam (crescendo a uma taxa γ∼ e resultando em estresse circunferencial σa) nas células da emenda e realinhamento das fibras de actina (com taxa caracterizada por ζ) nas células dorsoventrais. No segundo esta¡gio, a separação dos feixes de actina (na taxa ks) induzida pela contração muscular Fmus e seu reenvolvimento (na taxa kb) levam a deformação pla¡stica da parede do embria£o (ou seja, um encurtamento no comprimento de repouso na direção circunferencial) que apoia a extensão posterior do embria£o. Durante o processo de alongamento, a tensão ativa ao longo da direção axial dentro da parede do embria£o (com magnitude igual a ασa) também éconsiderada como sendo gerada pela contração da canãlula de costura. Crédito: DOI: 10.1126 / sciadv.abg3264
As anormalidades fetais são motivo de preocupação para todos os futuros pais, e muitos desses problemas se originam de anormalidades no desenvolvimento do embria£o, particularmente durante seu alongamento e divisão.
Em uma descoberta recente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Yuan Lin, Professor Associado do Departamento de Engenharia Meca¢nica da Universidade de Hong Kong (HKU) lançou uma visão cratica sobre o que causa o alongamento anormal do embria£o e possaveis novas maneiras de trata¡-los desordens. Os resultados foram publicados na Science Advances .
Estudos anteriores com o organismo modelo Caenorhabditis elegans revelaram, durante seu desenvolvimento, que o embria£o do organismo sofre uma extensão de várias vezes, impulsionado por forças contra¡teis geradas nos maºsculos e células de costura na parede embriona¡ria, sem perder sua integridade estrutural. Estudos recentes tem mostrado que esse processo de alongamento éacompanhado por anisotropia citoesquelanãtica significativa e deformação pla¡stica das células, mas como essa anisotropia celular e plasticidade são desenvolvidas e seu papel no desenvolvimento do embria£o permanece obscuro para os cientistas.
O Dr. Lin e sua equipe (incluindo o Dr. Chao Fang, o Dr. Xi Wei e o Dr. Xueying Shao) mostraram que a presença de contração intercelular ativa dentro de um embria£o ira¡ desencadear o alinhamento e corte / re-agrupamento dos filamentos de actina (Fig. 1), levando a anisotropia celular e a plasticidade, elevando a pressão hidrosta¡tica interna do embria£o e, eventualmente, conduzindo seu alongamento. Em particular, verificou-se que o realinhamento gradual dos feixes de actina deve ser sincronizado com o desenvolvimento de forças intracelulares para o embria£o se alongar, o que éentão sustentado pela deformação pla¡stica das células desencadeada pela contração muscular.
Os resultados também sugerem que a anisotropia pré-estabelecida éessencial para o inicio adequado do processo de alongamento, enquanto defeitos na integridade ou na cinanãtica de agrupamento de feixes de actina resultam em extensão anormal do embria£o, em bom acordo com as observações experimentais.
Ao revelar o mecanismo pelo qual as forças celulares ativas e a resposta física das células afetam a dina¢mica de extensão dos embriaµes , o estudo serve como um passo importante para aprofundar nossa compreensão do desenvolvimento embriona¡rio. Além disso, dado que muitas doenças embriona¡rias são causadas por defeitos na estrutura interna das células, juntamente com seu comportamento meca¢nico anormal, o arcabouço tea³rico desenvolvido pode fornecer insights craticos para o desenho de novas estratanãgias na detecção e possivelmente no tratamento de tais distúrbios.
A equipe de pesquisa do Dr. Lin estãoentre os grupos mais ativos do mundo na pesquisa de meca¢nica celular, particularmente na elucidação dos mecanismos fasicos por trás de importantes processos biola³gicos, como morfogaªnese de tecidos, adesão celular, migração celular e mecanotransdução, bem como explorando suas possaveis aplicações biomédicas. Para atingir esses objetivos, eles tem usado modelagem tea³rica e simulação em grande escala em conjunto com ferramentas experimentais como micro / nanofabricação e técnicas de caracterização de última geração. Seus trabalhos anteriores foram publicados nas principais revistas acadaªmicas internacionais, como Proceedings of the National Academy of Sciences dos Estados Unidos da Amanãrica ( PNAS ) e Physical Review Letters.
