Giriş: Mekanik Güçler Yaşam
Bu fiziksel güçlerin sadece büyümenin ürünlerinden ve büyümenin düşmesinden sonra, hücre davranışının yönlendirilmesi ve doğumdan sonra yaşam boyu devam edebilecek temel bir organ gelişimidir.
Biyokimyasal sinyalleşme uzun süredir gelişimsel araştırmanın odağı olmuşturken, son iki yılda mekanik kuvvetler eşit derecede temel düzenleyiciler olarak sağlamlaşmıştır. Bu makale akciğer ve kalp doku maturasyonunda mekanik hatların özel rollerini araştırıyor, hücresel mekanizmaları detaylandırıyor, sinyal yol yolları ve biyoering için etkileri araştırıyor.
Mekanik Çökünmenin Temel Kavramı
Mekanik uzatma, hücrelere ve dokulara genişleyen ve sözleşmeye uygulanan baskıya işaret eder. Gelişen fetüste, bu iki birincil kaynaktan ortaya çıkar: akciğer parenchyma ve hemodinamik güçleri, kardiyak odaları ve gemi duvarlarına dönüştürmüş olan mekanik hareketler.
Ortamın zamanlaması ve amplitüdün çok az uzağı hipoplastik akciğerlere veya zayıf bir myocardium'a yol açabilir; çok fazla yaralanmaya veya aberrant sinyaline neden olabilir. Gelişen organlar özel bir mekanik ortama ve kesintiye yol açabilir - kongenital anomalilerden akıtılabilir - onun ya da erken doğumdan itibaren - ömür boyu sonuçları olabilir.
Lung Development'de Mekanik
Fetal Nefes Verme Hareketleri ve Alveolar Formasyon
Lung gelişimi birkaç aşamadan geçiyor: embriyonik, pırk, mayalar ve intercostal kaslar ve akciğer parenchyma döngüsü özellikle de, hava yolları ve gelecekteki gaz-exchange yüzeylerinin% 30 ila 70'i normal akciğer büyümesi için önemlidir.
fetal nefes nefes engellendiğinde - örneğin, nöromusüler bozukluklar veya oligohydramnios vakalarında - akciğer büyütme ve akciğer genişlemesi arasındaki doğrudan ilişkiyi işaretle.
Alveolar Epithelium ve Surfactant Prodüksiyon Üzerine Etkileri
Mekanik olarak, alveolar epitel hücrelerinin farklılığını doğrudan etkiler. Tip I pneumosits, bu da gaz değişimi için ince bariyer oluşturur ve tip II pneumositler, bu da sörfçüler tarafından üretilen bir süreçtir. Araştırmalar ek olarak, düzelme ve yayılmak için kullanılan tip Ikrobiyomların yayılmasını sağlar.
Akciğerin ekstra hücreli matrixi de yayılmaya cevap verir. Fibroblastlar kontrasepsiyonel bir kolajen ve elastin güç yönüne uyum içinde, alveolar istikrarı destekleyen bir scaffold yaratır.Bu mechanoregated ECM yeniden modellenmesi, doğumdan sonra üniformalı havalandırma sağlamak için önemlidir.
Alveolar-Köpürüm ve Gaz Değişimi Maturation
Hücre farklılığı ötesinde, mekanik elveolar-kapillary bariyerinin incelenmesine katkıda bulunur.Tesküler ve alveolar aşamalarında, döngüsel distansiyonlar, geçici hücreler ve kapiller ağlarının füzyonuna katkıda bulunur, difüzyon mesafesini azaltır. Bu işlem damar endotelyal büyüme faktörü (VEGF), bu terimin mekanik olarak hassas olmasını sağlar. Proper fikresi, bu terimin yapısal olarak verimli oksijen ve karbon dioksit değişimi için hazırdır.
Aklımdaki daha derin bir keşif için, inceliklerin incelenmesini gör:0)Warburton ve al.[D:2)Physiological Yorumlar).
Mekanik olarak kullanılan
Hemodinamik Güçler ve Kardiyak Morfogenez
Gelişen kalp deneyimlerinden mekanik bir şekilde yok etmeye başlar. Kan akışı, her odanın şeklini ve duvar kalınlığını etkiler ve genetik programlarımın ve mekanik cuların rehberliğinde ayrılır.
Örneğin, sol ventrik, yüksek sistemli direnişe karşı pompalayacak olan, deneyimler daha büyük duvar stresi ve dolayısıyla, sağ ventrik bir büyümeden daha kalın bir myocardium geliştirir. Kan akışındaki deneysel azalmalar hipoplastik odalara ve ince duvarlara yol açarken, hipertrofik büyümeyi artırabilir.
Myocardial Fiber Adapt ve Contractile Function
Kalpteki mekanik yapıların en kritik rollerinden biri, paralel dizilerdeki karizmalar ve organizasyonların örgütlenmesidir. fetal gelişim sırasında, kardiyomisitlerin bir geçişini bir yanar, proliferatif devletten elongated, hizaya doğru ilerler. Cyclic uzantısı paralel dizilerde sarkomerlerin toplanmasını teşvik eder, sözleşmeli kuvvetin artırılmasını sağlar.
Genişlemenin yönü: bi aksiyel uzunluk (ventricular duvarda deneyimli) daha organize, anisotropic doku mimarisine yol açıyor, ancak tek aksiyel uzunluk (aslı inşaatlarda) daha basit hizalama modelleri üretebilir.Bu anlayış, doku mühendisliği için önemlidir, ki bu da işlevsel kalp dokusu üretmenin anahtarıdır.
Valvulogenesis ve Outflow Tract Development
Kardiyak valfler ayrıca mekanik etkiler altında da form oluşturur.Bu güçler, proteoglycans'ın geri dönüşümüni düzenler ve nihayetinde mekanik uyarıda bulunan yırtıklara yol açabilir.
Kalp gelişiminde hemodinamik güçlerin bir yazarı için, bkz.TELFLT:0)Hove et al.[D:0) ►FLT:2, Annual Review of Flow Mechanics).
Key Mechanotransduction Pathways
Mekanik hat, çeşitli iyi niyetli sinyalizasyon kalibreleri aracılığıyla biyolojik yanıtlara tercüme edilir. Bu yollar hücre membranında, cytoskeleton ve nukle çalışır.
Integrin-Mediated Signaling
Integrins transmembrane reseptörler, bu enzimler daha sonra Rho GTPases ve MAP kinas gibi uçuşları birbirine bağlar ve kroki sinyalizasyonunu etkinleştirir.Integrins cluster and activate cus asase (FAK) and Src family kinas.This enzimler o zaman kardiyomiyositler ve sözleşmeleri destekler.
[Üye/Aye Yolu
Evet-konomi ve nüklemler arasındaki bu tür transkriptomasyonlar ve fikre yanıt olarak, klozmik ve fikreasyonlar ve distal hava oluşumu için gerekli.Klic genişlemede, TEADion transkript faktörlerine ve genleri hücre döngüsüne bağlarlar ve ECM sentezlerine müdahale ederler.
A seminal çalışma, akciğer gelişimindeki HES:0)Lin ve al.[D:2) inurFLT:2)Gelişmiş Hücre[Dönetici)[Dönetici).
Büyüme Faktörü Dönüştürmek (TGF-LR)
TGF-LR, hücre prodüktörlerine yanıt veren ekstra hücreli matrixten salıverilen çok işlevli bir cytokinedir.PragueD proteinleri ile hücre prodüktörleri, apoptoz ve matrix üretimi.Spektif olarak TGF-LR, myofibroblast farklılığı ve elastogenesis, havalimanları ve alveolar bütünlüğüne katkıda bulunur.
Diğer Önemli Yol yolları
- [FONT:0]Hippo sinyalizasyon[Dönetici: Doğrudan HES/TAZ ile müdahaleler ve mekanik ve biyokimyasal girişleri entegre eder.
- [FONT:0]Wnt/LR-catenin[DÜT:1): Mekanik olarak kalp hücrelerinde aktive edilir, proliferasyon ve farklılaşmaları düzenler.
- [FONT:0]Notch sinyalizasyon[Dönetici: Kalpte oar stresi ile etkilendi ve akciğer epithelyumunda, hücre kaderini kontrol ederek.
Bu yollar izolasyonda hareket etmiyor; fiziksel ortamı yorumlar ve doku maturasyonunu koordinatlayan karmaşık bir ağ oluştururlar. Herhangi bir noktadaki başarısızlıklar gelişimsel anormalliğe yol açabilir.
Klinik Implikasyonlar ve Relevance
Congenital Diaphragmatic Hernia
Kongenital Diapatik hernia (CDH), karın organları göğüs içine itiyor, akciğeri sıkıştırıyor ve mekanik hatları azaltıyor. Bu, pulmoner hipoplasia ve kalıcı pulmoner hipertansiyonu sağlar.
Premature Birth and Respiratory Distress
Prematür bebekler, prematüre aşamasından önce ortaya çıkan akciğer akciğer akciğerleri, koruyucu ve alveolar yapıları ile donatmamaktadır. Mekanik havalandırma, yaşam kurtarıcı, fetal nefesin yumuşak bir şekilde yayılmasına neden olabilir.
Congenital Kalp Tanımları
Birçok kongenital kalp kusurları – hipoplastik sol kalp sendromu gibi, balon valvuloplasti gibi aortik müdahaleler - daha fizyolojik yükleri yeniden oluşturmak ve geliştirmek için tasarlanmıştır. Bu koşullar, normal kardiyap morfogenezleri bozan bozukluklar olarak görülebilir. Prenatal müdahaleler.
Klinik bir bakış açısı için, makaleyi onurFLT:0) Kongenital kalp hastalığı ) Fahed et al. inurFLT:2) Doğaüstü Yorumlar Kardiyoloji[Döneticiler[Döneticiler)[Dönetici).
Rejeneratif Tıp ve Tound Engineering için Implikasyonlar
Mühendislik Lung Tound
Akciğer dokusu mühendisliğindeki başlıca zorluklardan biri işlevsel bir gaz değişimi yüzeyi üretiyor. Araştırmacılar şimdi dinamik olarak ortaya çıkan biyoreactors kullanarak hayvan modellerinde yeniden dekore edilebilir ve rudimentary gaz değişimi yaratmışlardır.Bu mekanik uyaranlar, sörfçü üretim ve damarizasyonu teşvik ediyor.
Mühendislik Kardiyak Patches ve Tüm Kalpler
Benzer şekilde, mühendisli kardiyak dokular, uyumlu sarkomlar ve sözleşmeli kuvvet geliştirmek için mekanik bir şart gerektirir.Bu yapılar, aksi takdirde veya biyokelektüel olmayan infarklı hücreli karsitler için işlevsel yamalar için kullanılmıştır. Bazı çalışmalar, in vivo mekanik ortama daha yakından taklit etmek için bir araya geldi.
Mekanik hatları içeren "organ-on-a-çip" platformlarının gelişimi de ilerliyor. Bu mikrofluidik cihazlar akciğer ve kalp gelişimini veya hastalığı modelleyebilir, yüksek dozlu ilaçların ve mekanik parametrelerin taramasına izin verebilir.In vitro çalışmalar ve hayvan modelleri arasında bir köprüyü temsil ederler.
Doku mühendisliğinde mekaniksel bir inceleme, [[Dönetici:0)Vunjak-Novakk- al.) inENFLT:2.Biomates).
Future Road ve Unanswered Questions
- [FONT:0) Önlemcision mechanomodulation): Yüksek spatiotemporal doğrulukla profiller mimiking fetal nefes veya kalp atışını uygulayabilecek biyoreactors geliştirmek. Bu, sensör teknolojisi ve malzemeler bilimi alanında ilerlemeler gerektirecektir.
- [FONT:0]Köpektif[Döneticileri Görmek[Döneticileri: 1) Sürekli olarak, tüm hücre tiplerinin tek hücre seviyesinde yayılmasına cevap veren kapsamlı bir haritamız var.Tek hücreli RNA sequencing under kontrollü büyüme koşulları ortaya çıkaracaktır.
- [FONT:0) Erken mekanik müdahalelerin uzun vadeli etkileri ): İntra veya prenatal kardiyak müdahale ile tedavi edilen bebekler için organ fonksiyonu ve yeniden modelleme için uzun vadeli sonuçlar nelerdir?
- [FONT:0]Terapötik hedef, makülatrotransdüksiyonu[[Dönetici: 1): Makul bir şekilde sinyale doğru yol açabilir miyiz? Örneğin, engelleyici yanıtları engelleyebilir veya yenidenjeneresan riskinin yeniden tanımlanması gerekir.
- [FONT:0) Diğer fiziksel cueslerle ([Dönetici: Mekanik eller yalnız hareket etmez. Gelişen organlardaki oksijen basıncı, besin tedariki ve elektriksel aktivite ile nasıl etkileşime girer? Multi-modal biyoreactors bu soruları cevaplayacaktır.
Araştırma ilerledikçe, gelişim biyolojisi ve mühendisliği arasındaki çizgi bulanıklaşmaya devam ediyor. Nihai hedef, gelişmiş akciğer veya kalplerle doğan hastalar için daha iyi tedaviler oluşturmak için mekanik güçlerin dilini kullanmaktır - ve belki de yetişkinlerde hasar görmüş dokular yeniden üretmek için bir gün.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Mekanik bir yayılma, akciğer ve kalp dokularını geliştirmekte pasif fiziksel bir fenomenden çok daha fazlasıdır. Aktif hücreler, hücre kaderini, doku mimarisini ve işlevsel maturasyonunu genişletmeye yönelik mekanizmaların belirlenmesi, akciğeri ritmik hemodinamik güçleri geliştirmek için daha derin bir takdir edin.
Temel mekaniksel psikolojiden klinik uygulamaya yolculuk uzundur, ancak her adım bizi, doğanın mekanik özelliklerini iyileştirmeye, geri yüklemeye ve yenidenjenize etmeye daha yakın bir geleceğe yaklaştırır.