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Lo studio rivela i meccanismi di espansione dell'interfaccia indotta allungamento meccanico

La capacità dell'interfaccia di espandersi dall'allungamento meccanico è stata utilizzata per le decadi in plastica e nella chirurgia ricostruttiva per generare un eccesso di interfaccia che può essere usato per riparare i difetti di nascita, i tessuti nocivi e la ricostruzione del petto dopo la mastetomia. I meccanismi cellulari e molecolari da cui l'interfaccia risponde all'allungamento meccanico rimangono sconosciuti.

I ricercatori piombo da fotoricettore. Cédric Blanpain - ricercatore di WELBIO, Direttore del laboratorio delle cellule staminali e del Cancro, facoltà di medicina, libre de Bruxelles di Université -, in collaborazione con fotoricettore. Benjamin D. Simons - università di Cambridge - dimostrato che allungare induce l'espansione dell'interfaccia inducendo il auto-rinnovo delle cellule staminali epidermiche ed ha scoperto le vie di segnalazione responsabili dell'allungamento l'attivazione e del rinnovo indotti della cellula staminale alla risoluzione unicellulare.

L'epidermide dell'interfaccia è una barriera essenziale che protegge gli animali dalle infezioni e dalla perdita di acqua. L'interfaccia è esposta al vario sforzo meccanico, deve resistere a e rispondere all'allungamento meccanico, adattando la sua dimensione mentre mantenere la sua barriera funziona. Questi beni sono usati dai chirurghi plastici per generare l'interfaccia extra per chirurgia ricostruttiva. A questo scopo, i chirurghi usano “un estensore dell'interfaccia„ gonfiabile quel essi inseriscono sotto l'interfaccia e gonfiano, causando l'espansione dell'interfaccia sovrapponente. Sebbene questa tecnica sia stata utilizzata per le decadi nella medicina, pochissimo è conosciuto circa i meccanismi da cui la forza meccanica dell'estensore dell'interfaccia piombo all'attivazione delle cellule staminali dell'interfaccia ed alla produzione di un eccesso di interfaccia.

In questo nuovo studio pubblicato in natura, Mariaceleste Aragona ed i colleghi definiscono la dinamica clonale ed i meccanismi molecolari che piombo all'attivazione della cellula staminale e pelano l'espansione a risoluzione unicellulare.

Hanno usato i modelli genetici avanzati del mouse per studiare la reazione delle cellule staminali epidermiche all'allungamento meccanico. Specificamente, hanno eseguito il tracciato genetico di stirpe che li ha permessi di tracciare le cellule staminali, che risiedono alla cima della gerarchia cellulare nell'interfaccia e seguono il destino della progenie della cellula staminale col passare del tempo. Hanno accoppiato queste analisi con l'ordinamento unicellulare in collaborazione con fotoricettore Thierry Voet - KULeuven - che analizzano l'identità molecolare di ogni cella determinata che fornisce una risoluzione profonda degli stati cellulari differenti che hanno accompagnato l'espansione dell'interfaccia.

Interessante, hanno trovato che soltanto le cellule staminali specifiche stavano cambiando il loro destino delle cellule e di comportamento in risposta all'allungamento meccanico. “Era particolarmente emozionante osservare che non tutte le celle rispondono ugualmente alle perturbazioni meccaniche ed identificare per la prima volta l'impronta molecolare che caratterizzano queste cellule staminali di interfaccia allungate specifiche„, le osservazioni Mariaceleste Aragona, il primo autore dello studio.

In collaborazione con fotoricettore. Benjamin la D Simons - università di Cambridge -, hanno sviluppato un modello matematico di come l'interfaccia si espande allungando. Durante l'espansione allungamento-mediata dell'interfaccia, un aumento transitorio nella divisione autorinnovante della cellula staminale permette che il tessuto mantenga la sue composizione ed organizzazione cellulari, mentre espande il gruppo di celle che medieranno l'espansione del tessuto. Questi dati dimostrano la natura di plastica e resiliente delle cellule staminali, che è fondamentale permettere che il tessuto risponda al suo ambiente e si espanda una volta necessaria mentre mantiene le funzioni vitali della barriera dell'interfaccia.

Complessivamente, questo studio divide i meccanismi cellulari e molecolari spazio-temporali che gestiscono il comportamento delle cellule staminali dell'interfaccia in risposta all'allungamento meccanico e delinea per gradi le componenti molecolari che permettono che le cellule staminali percepiscano e medino la risposta per allungare ed indurre l'espansione del tessuto.

Questi nuovi risultati, non solo scoprono come l'interfaccia reagisce alle perturbazioni meccaniche con l'attivazione di popolazione specifica delle cellule staminali, ma egualmente disfanno i giocatori molecolari responsabili del mechanotransduction della cellula staminale in un contesto clinicamente pertinente. Speriamo che la comprensione di questi nuovi meccanismi sia sfruttata in futuro per stimolare l'espansione del tessuto e per ferire la guarigione.„

Fotoricettore. Cédric Blanpain, autore senior, ricercatore di WELBIO, Direttore del laboratorio delle cellule staminali e del Cancro, facoltà di medicina, Université Libre de Bruxelles

Source:
Journal reference:

Aragona, M., et al. (2020) Mechanisms of stretch-mediated skin expansion at single-cell resolution. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2555-7.