细胞技术:物理和生化线索的统一创造健康的生物体

2022-05-07新闻资讯

小鼠胚胎干细胞

进行电化学特化的小鼠胚胎干细胞,标记为细胞核(蓝色)和神经元投射(红色)。图片来源:© Mitchell Foster 和 Adele Doyle

新的德累斯顿工业大学研究小组旨在揭示干细胞在神经和心血管系统的发育和维持过程中如何对机械力和电信号作出反应。

美国加州大学圣巴巴拉分校助理教授 Adele Doyle 博士于 2021 年 7 月加入卓越生命物理学​​集群 (PoL),领导德累斯顿工业大学干细胞力学生物学研究小组。利用工程学、生物学和计算机科学的方法,她的团队研究分子电路如何实现专门的机械信号。跨学科团队研究干细胞在神经和心血管系统发育过程中如何学习对机械力和电信号作出反应,以及生物物理信号如何影响健康或疾病。Doyle 小组寻求定量见解,以帮助设计用于神经和血管应用的细胞和再生医学疗法。Doyle 实验室位于德累斯顿工业大学的德累斯顿再生治疗中心 (CRTD),

生物体内的细胞被物理信号所包围,例如机械力、材料特性、电信号和化学信号。根据细胞的功能和环境,它们会经历不同大小和动态的各种材料特性和机械力输入。“细胞根据局部物理线索做出可靠决策的能力对于生物体的发育和维持健康至关重要。在疾病期间,正常的身体信号可能会发生变化,或者细胞可能会失去对局部身体信号做出适当反应的能力。例如,在癌症的情况下,组织硬度的变化会导致不需要的细胞增殖和运动。细胞感知周围环境物理特性的方式被称为机械信号,这是一个尚未被很好理解的过程,

阿黛尔·道尔

阿黛尔·道尔博士。图片来源:© Magdalena Gonciarz

Doyle 实验室旨在帮助细胞和再生医学疗法成为患有衰弱慢性疾病的患者更标准的护理选择。该团队的专长主要在于神经和心血管系统,他们还关注患者的需求。“最终,我们的目标是将我们的研究转化为临床背景,并将从基础科学研究中获得的见解融入临床治疗设计。我们喜欢在整个过程的不同阶段与许多类型的团体合作,包括学术界、工业界和医学界,”Doyle 博士说。

为了研究机械信号如何影响成功的胚胎发育和生物体稳态,Adele Doyle 和她的研究小组设计了实验方法,以在活细胞中进行更准确和灵敏的分子测量,并开发新的计算工具来分析实验数据以模拟细胞如何做出决定。他们还与工程和微制造小组合作,研究受控物理输入如何影响细胞行为,例如在创伤性脑损伤样影响的情况下。

工业相机接口标准

现代工业生产中,工业相机代替人眼进行着各种高难度和高复杂性的操作。针对各个不同的应用方向,从工业相机诞生的那一天起,自动化已经基本代替了人类手动工作。

“我们的研究处于物理科学(如工程和物理学)、自然科学(如化学和生物学)、医学和计算机科学之间的交汇处。我们结合了三个主要方面:技术开发、干细胞及其后代的机械生物学以及神经和心血管系统中的电信号,”Doyle 博士描述道。“我们的目标是发现物理线索如何触发细胞内部分子回路的变化,以及随后的细胞行为,以及作为学科之间的桥梁。例如,我们发起合作以帮助应用物理学和生物学工具来解决未解决的医学挑战,并使用数据科学和计算来整合并从广泛的实验数据集中获得洞察力,”Doyle 博士补充道。

DFM-60D倒置荧光显微镜
DFM-60D倒置荧光显微镜

为了满足这些需求,研究小组和研究所内部和之间的知识和专业知识的顺利转移至关重要。卓越生命物理学​​集群 (PoL) 形成学科之间的网络,致力于此类合作研究。在 PoL,科学家们正在营造一个支持从基础科学到应用的研究的环境。Doyle 博士的研究重点非常适合这个跨学科的卓越集群。德累斯顿拥有众多生命科学研究机构和充满活力的行业格局,为此类努力提供了理想的条件。

Adele Doyle 完成了她的理学学士学位。美国圣路易斯华盛顿大学生物医学工程专业。她获得了博士学位。2010年在美国乔治亚理工学院和埃默里大学获得生物医学工程博士学位。之后,她在美国哈佛大学做博士后研究。自 2013 年起,Doyle 担任神经科学研究所的助理研究员 (PI) 和生物工程中心的讲师,并自 2019 年起担任美国加州大学圣巴巴拉分校机械工程系的助理教授。自 2021 年 7 月 1 日起,阿黛尔·道尔 (Adele Doyle) 在德累斯顿工业大学卓越生命物理集群领导干细胞力学生物学研究小组。

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