שם מקור: The Mechanical Forces Shaping Life

מן השטף הראשון של לב עוברי לעליה קצבית ולנפילה של החזה של תינוק, מתיחה מכנית היא הנהג בסיסי של התפתחות איברים. הריאות והלב, אשר כפופים לעיוות מחזורי מתמשך במהלך ההריון, כוחות פיזיים אלה אינם רק תוצרי לוואי של צמיחה - הם מדריכים פעילים, הפניית התנהגות תא, ממטריקס מחדש, ובסופו של דבר את ההתבגרות של תהליכים מכניים מסוגלים לשרוד, לאחר התפתחות נפשית.

בעוד שאות ביוכימי כבר זמן רב להתמקד במחקר התפתחותי, שני העשורים האחרונים ביססו כוחות מכניים חזקים כמו הרגולטורים החיוניים באותה מידה. מאמר זה חוקר את התפקידים הספציפיים של מתיחה מכנית בריאה ובמוח, המפרט את המנגנונים התאיים, אותות אותות, והשלכות על יישומים קליניים והנדסת ביו-נדסינג.

המושג הבסיסי של מתיחה מכנית

מתיחה מכנית מתייחסת לזן ה- Tenile המיושמת תאים ורקמות כפי שהם מרחיבים וחוזה. בעובר המתפתח, זה נובע משני מקורות עיקריים: תנועות נשימה למתוח את ה parenchyma הריאה, וכוחות המודינמיקה שמבדילים את תאי הלב וכלי השיט.כוחות אלה הם דינמיים, קצביים, ומשתנים בגודל ובתדירות.

התזמון והאמפליט של מתיחה הם קריטיים.מעט מדי יכול להוביל לריאות היפותטי או מיוcardium חלש; יותר מדי יכול לגרום לפציעה או אות אברנט.האיברים המתפתחים מכוונים להפליא לסביבה מכנית מסוימת, ושיבושים - בין אם מאנומליות מולדות כמו diaphragmatic hernia או מלידה מוקדמת - יכול להיות השלכות ארוכות.

מתיחה מכנית בפיתוח Lung

תנועות נשימה עובריות ואלבואר טפסים

התפתחות Lung מתקדמת דרך מספר שלבים: העובר, פסאודוגראל, קסטל, קסמי, ואלבדרואר. מתח מכני הופך להיות בעל השפעה במיוחד בשלבים התעלהיים והקרדיוריים, כאשר דרכי האוויר ומשטחי חילוף הגז העתידיים מבוססים על פני השטח מבוססים על תנועת הנשימה Fetal, אשר כרוכה התכווצות תקופתיות של שרירי ה-האפאם ומערכתיים, יוצרים מחזוריים של השבר של הדומה של הדומה ל- 30 מטרמה החיונית של תנועות הריאות הללו.

כאשר נשימה עוברית מעכבת - לדוגמה, במקרים של הפרעות עצביות או אוליגומילנומינוס - תוצאות היפותפלזיה ung.converse, אוקטנות טרכאית ניסיונית במודלים של בעלי חיים מגבירה את הלחץ האינטגרלי ומזרזת באופן דרמטי את צמיחת הריאות, ממצא שהונף בטיפולים קליניים עבור diaphragmatic hernia.

השפעות על Alveolar Epithelium ו- Surfactant הפקה

מתיחה מכנית משפיעה ישירות על הגוון של תאים אלבוואר אפיתל.סוג I pneumocytes, אשר מהווים את המחסום הדק להחלפת גז, וטיפוס II pneumocytes, אשר מייצרים גולש, שניהם מגיבים לרמזים מכניים.מחקרים הראו כי מחזורי למתוח עלייה של ביטוי חלבון גלישה (למשל, SP-A, SP-B, ו-C) בתאים רגישים למדי, כגון: Iffusion משטח, בנוסף לביטוי חלבון מתוחהת תאים מתוחים.

המרטריקס התוספתי של הריאות מגיב גם למתוח.פיבlasts בתוך הגרף הבין-סטליני קולגן ואסטוסטין בתיאום עם הכיוון של הכוח, יצירת פיגום התומך ביציבות אלבוואר.זה mechanoreguating ECM reמודלing הוא חיוני למניעת אלקטרוניקה ולהבטיח ventilation אחיד לאחר הלידה.

גדר אלבואר-קפרי ו- Gas Exchange Maturation

מעבר לגוון התא, מתיחה מכנית תורמת לדיעה של מחסום אלבואר-capillary. במהלך השלבים של Kocular ו alveolar, ניתוק מחזורי מעורר את אפופטוזיס של תאים בין-אסיליים ואת ההיתוך של רשתות capillary, צמצום מרחק דיפוזיה.תהליך זה מוסדר בחלקו על ידי צמיחה אנדלוסית של vasculartal (FG), אשר מוכן מבחינה מכנית, הוא תנאי חמצן יעילה.

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]

מתיחה מכנית ב- Heart Maturation

כוחות המודינמיקה וקרלב מורפגניטיס

הלב המתפתח חווה מתוח מכני מהרגע שהוא מתחיל לנצח.זרימת הדם מייצרת מתח כבד על תאים אנדוcardial ומתח מחזורי על הקיר המיוקרוסלארי.כוחות אלה אינם אחידים; הם משתנים באזורים, המשפיעים על הצורה, הגודל והעובי הקיר של כל תא. במהלך קרדיוגנזה מוקדמת, הלולאות הלב ו ⁇ ים תחת ההנחיות הגנטיות והמכניות.

לדוגמה, הווטריקל השמאלי, אשר בסופו של דבר יכאב נגד התנגדות מערכתית גבוהה, חוויות יותר מתח קיר וכתוצאה מכך מתפתח מיוcardium עבה יותר מאשר האוורור הימני. הפחתה ניסיונית בזרימת הדם להוביל לתאי היפפלסטיק וארוכים דקים, בעוד עלייה לאחר עומס עלולה לגרום צמיחה היפרטרופית.

Myocardial סיבים Alignment and Contractile

אחד התפקידים הקריטיים ביותר של מתיחה מכנית בלב הוא ההיערכות של קרדיוציטים ואת הארגון של ממטריקס החוץ סלולרי. במהלך התפתחות העובר, קרדיוציטים עוברים מעבר ממדינה מעוגלת, פרו-חייםטיבית למצב מוארך, מתואם המדינה Cyclic מקדם את ההרכבה של סרקמוסים במסגרות מקבילים, שיפור כוח החוזה.

הכיוון של נושאים למתוח: מתח נפשי (כפי שחווה בקיר אוורט) מוביל לאדריכלות רקמה מאורגנת יותר, אנזוטרופית, בעוד מתיחה לא-קסיאלית (כמו בצורות מונדסות) עשויה לייצר תבניות היערכות פשוטות יותר.הבנה זו חיונית להנדסת רקמות, שבו recapitulating דפוסי מתיחה Native היא המפתח לייצור רקמת לב פונקציונלית.

Valvulogenesis ו- Outflow Tract Development

שסתום לב גם נוצרים תחת השפעה מכנית.השכיים הסופקליים, אשר מעלים לשסתום Atrioventricular ומערכת זרימה החוצה, נחשפים לחרחף ומחזורי מזרימת דם.כוחות אלה מסדירים את ההגירה של תאי ushion, את הפירוק של proteoglycans, ובסופו של דבר את השיפוץ לתוך עליות בוגר.

(ב) בסקירה סמכותית של כוחות המודינמיקה בהתפתחות הלב, ראו את ה-FLT:0Hove et al.Build et al.ve et al.ve et al.ve et al.S.FLT:2Annual Review of Fluid MechanicsFLT 3

נתיבי Mechanotransduction

מתיחה מכנית מתורגם לתגובות ביולוגיות באמצעות כמה ארקדי אות מכובדים.נתיבים אלה פועלים במזכר התא, ציטופלדטון וגרעין.

המונחים: integrin-Mediated Signaling

Integrins הם קולטנים טרמברינים המקשרים את המטריצה הנוספת סלולרית ל- Actin cytoeleton.כאשר מתוח, integrins אשכול והפעלה של kease (FAK) ו-Src Family kinases. kinases. אנזימים אלה לאחר מכן זרחן מטה מטרות כגון Rho GTPases ו MAPkinase, תומך בדלקת הלב, הוא תומך בדלקת ריאות, ולאחר מכן, הוא תגובה חיוני עבור דלקת ריאות, הוא לחץ דם, ולאחר מכן.

YAP/TAZ Pathway

חלבון משועבד (YAP) והפיללוג שלה TAZ הם קוקטלטורים מיתיקים שמעבורת בין cytoplasm וגרעין בתגובה לרמזים מכניים.תחת מתיחה נמוכה, הם נשארים cytoplasmic והם degraded. Cyclic למתוח את המעבר הגרעיני שלהם, שבו הם נקשרים לגורמי תמליל TEAD ולהפעיל גנים מעורבים בהתקדמות תאים ו- ECMsysis, הוא התפתחות הלב קומפקטית.

מחקר מקיף על YAP/TAZ בפיתוח ריאות הוא (FLT:0)Lin et al.cioph 1 ב- FLT:2Developmental Cellvelopmental CellLT 3.

Transforming Growth Factor-Beta (TGF-β)

TGF-β הוא ציטוקינה רב פונקציונלית המשתחררת מן הממטריקס הסלולארי בתגובה ללחץ מכני.זה אותות באמצעות חלבונים SMAD כדי להסדיר את התפשטות התא, אפופטוזיס, וייצור ממטריקס. בריאה, TGF-β מקדם את הגוון Myofibroblastation ו elastogenesis, לתרום אוויריות נוקשה ו alveol היושרה, אבל הוא מעורב בתוך הקירבה, אבל הוא מעורב.

דרכים חשובות אחרות

  • [ה]ה' [ה']: [ה]], [ה]], [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה],]] [ה]], [ה], [ה], [ה], [ה],], [התחילה]], [ה] הוא [התחילה], הוא [ה], הוא [ה], הוא [ה], הוא [ה] הוא [ה], הוא [ה] הוא] הוא [ה] הוא [ה] הוא [ה] הוא] הוא [ה] הוא [ה]
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ויקרא י"ד): "השפעתו של לחץ עז בלב ובמתח באפיאליום הריאה, שליטה בהחלטות גורל תאים.

מסלולים אלה אינם פועלים בבידוד; הם יוצרים רשת מורכבת המפרשת את הסביבה הפיזית ומתאמת את הזדווגות רקמות. Disruptions בכל נקודה יכולה להוביל להפרעות התפתחותיות.

השלכות קליניות ורלוונטיות

« סוכרתית ⁇ treania

ב- diaphragmatic hernia (CDH), איברים הבטן לתוך החזה, דחיסת הריאות וצמצום מתיחה מכנית.זה מוביל hypoplasia ריאות ריאות ו hypertension ריאות מתמשך.טיפולים כגון צטלטלטל אנדוסקופית אוקט (FETO) במטרה לשחזר את המלכודת על ידי הפחתת ריאות, ובכך להגביר אתגרימת הרחם.

לידה מוקדמת ונשימה

תינוקות שנולדו לפני שלב ה-Kcular יש ריאות לא בוגר עם מבנים מעוגלים מעומקים ואלבואר. אוורור מכני, בעוד שחוסם חיים, עלול לגרום לפציעה ריאות מושרה אוורור אם למתוח הוא מוגזם.הבנת mechanobiology של הריאות המתפתחת הובילה לאסטרטגיות של גילוח מגן (למשל, ⁇ נמוך, ⁇ גבוה, ⁇ גבוה), המחקה את התנוחה עדינה של הנשימה עדינה).

הגנה על הלב

פגמים לב מולדים רבים - כגון תסמונת לב שמאל היפפלסטי, anortic stenosis, ו פגמים septal septal - involve שינתה עומסי המודינמיקה.תנאים אלה יכולים להיחשב הפרעות של מתיחה מכנית, שבו דפוסים זרימה חריג משבש את מורפיוגני הלב הרגילים. prenatal התערבות כמו בלון valoplasty כדי לשחזר יותר פיזיותרפיותרפיות וצמיחה שיפור תאים.

(ב) עיין במאמר על הכוחות ה-FLT:0 (מכאים) ב-Afgenital Heart DiseaseFLT:1 על ידי Fahed et al. in FLT:2 ביקורות טבע על CardiologyFLT 3: 3

השלכות על רפואה רגנרטיבית והנדסת Tissue Engineering

הנדסה Lung Tissue

אחד האתגרים העיקריים בהנדסת רקמות ריאות מייצרת משטח של גז פונקציונלי.חוקרים משתמשים כעת ביולוגיים החלים מתיחה מחזורית כדי פיגומים הנזרעים עם תאים פרוגניטור ריאות. גירויים מכניים אלה לקדם alveolar שונה, ייצור גלישה, וvasactantation. עבודה לאחרונה הוכיח כי de Cellsated כדי לחשוף תמיכה דינמי יכול למתוח מחדש לייצר מודלים של גזיבית.

הנדסה לב פאבים ו- Whole Hearts

בדומה, רקמות לב ממונדסות דורשות מיזוג מכני כדי לפתח סרקומה וכוח החוזה. bioreactors כי לכפות מתיחה מחזורית או באופן לא-שיווי או bialy כבר שימשו כדי להתבגר תאים מאוגדים קרדיוציטים לתוך כתמים פונקציונליים. חלק מחקרים אפילו התמתחו עם גירוי חשמלי כדי לחקות יותר מקרוב את הסביבה המכנית.

הפיתוח של פלטפורמות "אורגן-על-עצ'יפ" המשלבות מתח מכני גם מתקדם.המכשירים המיקרו-השפעהיים הללו יכולים להוות מודל לריאות ולפיתוח לב או למחלה, ומאפשרות בדיקות גבוהות של תרופות ופרמטרים מכניים.

ביקורת מקיפה של מכנינוביולוגיה בהנדסת רקמות זמינה מ-FLT:0 וunjak-Novakovic et al.cioFLT:1 in FLT:2BiomaterialsFLT 3: 3

שאלות עתידיות ושאלות לא ידועות

  • (FLT:0) ,Precision mechanomodulationFIRLT:1: פיתוח ביולוגיים שיכולים ליישם פרופילים למתוח לחקות נשימה עוברית או פעימות לב עם דיוק רב-זמני.זה ידרוש התקדמות בטכנולוגיית החיישן וחומרים מדעיים.
  • הבנת המכמאומ"ד:1: עדיין אין לנו מפה מקיפה של איך כל סוגי התאים בריאה ובלב מגיבים למתוח ברמת התא הבודד.
  • (FLT:0) השפעות ארוכות טווח של התערבות מכנית מוקדמת של ®FLT:1): עבור העוברים מטופלים עם FETO או טרום ליד טיפול בתשומת לב, מה הם התוצאות ארוכות הטווח של תפקוד איברים ושיפוץ?
  • (FLT:0) מיקוד רפוטי של mechanotransductionFLT:1: האם אנו יכולים לתקן את אמברגומת מתיחה? לדוגמה, מעכב YAP /TAZ עשוי למנוע תגובות פיברטיות, או לפעול אותם יכול לקדם התחדשות.עם זאת, הסיכון של גידולים חייב להיות מנוהל בקפידה.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם רמזים פיזיים אחרים: מתח מכני אינו פועל לבד.איך זה אינטראקציה עם מתח חמצן, אספקת מזון ופעילות חשמלית באיברים המתפתחים? - ביולוגיים רב-ממדיים יעזרו לענות על שאלות אלה.

ככל שהמחקר מתקדם, הקו בין ביולוגיה התפתחותית לבין הנדסה ממשיך לטשטש.המטרה הסופית היא לרתום את שפת הכוחות המכניים כדי לבנות טיפולים טובים יותר לחולים שנולדו עם ריאות או לבבות לא מפותחים – ואולי יום אחד כדי לחדש רקמות פגועות במבוגרים.

מסקנה

מתיחה מכנית היא הרבה יותר מאשר תופעה פיזית פסיבית בפיתוח רקמות ריאות ולב.זה אות פעיל, הרסני כי מדריך גורל תאים, אדריכלות רקמות, וכושר ההבשלה פונקציונלית.מתנועות נשימה העובריות שמרחיבות את הריאות לכוחות המודינמיקה הרימיים הפילומיים השופכים את הלב, כל פעימות ונשימה. על ידי פענוח המנגנונים שבאמצעותם תאים מגיבים, אנו מקבלים רק את המידות של כלים אינטראקטיביים יותר ויותר טובים יותר ויותר, אך גם כן, אך ורק לחיקויים, אך ורק לחיקויים, אך ורק לחיקויים.

המסע ממכניקה בסיסית ליישום קליני הוא ארוך, אבל כל צעד מקרב אותנו לעתיד שבו אנו יכולים לחקות את רמזים מכניים של הטבע לרפא, לשחזר ולחדש.