科学家通过拍摄一个微小的跳动斑马鱼心脏的视频重建其在培养皿中的覆盖物，捕获了组织再生中涉及的细胞的意外动态。他们发现，耗尽的心脏组织在波浪中自我再生，由快速移动的超大细胞前方引导，并由较小的细胞牵引，繁殖产生其他细胞。
这种波前的性质 - 以及随后的组织再生的成功 - 由作用于细胞的机械张力决定。该研究结果于9月25日发表在“发育细胞”杂志上，该研究结果表明了一种新的范例，即在组织中作用的力如何指导细胞对再生丢失组织的决定。
“我们的研究结果为研究再生组织中的细胞周期动力学开辟了道路，”首席研究作者，杜克大学医学院Ken Poss实验室的博士后研究员Jingli Cao博士说。“通过操纵细胞的机械张力，我们也可以开发新的生物工程或转化方法。”
虽然心脏病发作后人的心脏无法完全自愈，但斑马鱼心脏很容易取代因损伤或疾病而丧失的细胞。 。科学家花了很多年时间探索这种小条纹鱼的再生能力，希望能够发现可以改善人类心脏病治疗的线索。
2015年，Cao表示他可以从斑马鱼身上移除心脏，并在实验室中将它们长出来，在那里，两个小室内的器官继续捶打，表现得好像仍然藏在动物体内。在这项研究中，曹和他的同事利用这个系统来监测心外膜的再生，心外膜是一层覆盖心脏表面的细胞。
研究人员摧毁了大部分心脏的心外膜层，然后将“外植”器官放在显微镜下以捕获再生动作。他们期望看到一群细胞迅速复制其DNA含量，并分成补充器官表面的新细胞。虽然这些细胞确实发挥了作用，但它们并没有引领这一指控。相反，再生是由细胞复制而不分裂的细胞引导的，有效地用超过两倍的细胞机器制造超大细胞。
“想象一下，你的皮肤上有伤口，你想尽快覆盖它，但你没有足够的细胞，”曹说。“通过使细胞变大，你可以有效地覆盖伤口。我们认为这种策略可以通过有效地覆盖表面来增加人口的再生能力。“
研究人员测量了再生波阵面中细胞的许多特性。他们发现较大的前导细胞比较小的随动细胞以更高的速度迁移到心脏表面。当他们测量细胞所经历的张力水平时，他们发现当施加微小切口时，前导细胞比后续细胞反弹得更快，就像膨胀的球囊表面在爆裂后缩回一样。Poss说，机械张力似乎可以防止DNA复制后细胞分裂。
“这项研究试图了解细胞在再生时所做出的基本决定，”杜克大学医学院细胞生物学教授兼杜克大学再生下一步倡议主任Poss说。“如果有方法可以用来指导他们的决定，确定他们是否通过分裂产生更大的细胞或更多的细胞，它可能是影响组织修复能力的一种方法。”
研究人员计划使用他们的斑马鱼心脏外植体培养系统筛选可能会增加心脏组织再生能力的小分子。这些化学物质有朝一日可能成为新药修复心脏病或其他心血管疾病所致损伤的基础。
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