在没有地图的情况下，要在某些城市蜿蜒曲折的街道上找到自己的路确实是一项挑战。为了确定方向，我们需要依赖各种信息，包括手机上的电子地图以及可识别的商店和地标。我们体内的细胞在胚胎发育过程中构建器官时也面临着类似的问题。它们需要得到指示，知道该去哪里以及如何行动。
牙齿上皮（细胞表面；黄色）和间质（细胞表面；品红色）。增殖细胞（青色）扩大组织，在组织中心产生机械压力，推动主要牙齿信号中心或组织器--珐琅质结的形成。资料来源：尼哈-品查-什罗夫和徐鹏飞
幸运的是，就像城市中的手机信号塔一样，胚胎中特定位置的特殊细胞（称为组织者）会向其他细胞发送信号，帮助它们组织起来，构建我们复杂的器官。
其中一些信号是从组织器这个特权信号中心发出的分子。组织器周围的细胞会根据自己的位置接收到或强或弱的信号，并做出相应的决定。这些信号中心在组织中的位置错误会导致胚胎畸形，甚至致命。科学家们很早就知道这些信号传导中心的重要性，但它们是如何出现在特定位置上的，却一直不得而知。
物理学家和生物学家通过国际合作才找到了答案。几年前，Cedars-Sinai Guerin 儿童医院和加州大学旧金山分校（UCSF）的奥菲尔-克莱因（Ophir Klein）教授实验室，以及德累斯顿工业大学生命物理学卓越集群和加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）的奥特格-坎帕斯（Otger Campàs）教授实验室预感到了它可能的工作原理，于是联手合作。他们共同发现，是生长组织内部的机械压力决定了信号中心将出现在哪里。
研究工作表明，机械压力和分子信号传导在器官发育过程中都发挥着作用，Cedars-Sinai Guerin 儿童医院执行主任、本研究的共同通讯作者、医学博士 Ophir Klein 说，"他还是该院的 David and Meredith Kaplan 儿童健康杰出讲座教授。"
组织细胞的机械压力
这项发表在《自然-细胞生物学》（Nature Cell Biology）上的研究表明，当细胞在胚胎门牙中生长时，它们会感受到生长压力，并利用这一信息来组织自己。加州大学旧金山分校牙科学院博士后学者、该研究的共同第一作者尼哈-平查-什罗夫博士说："这就像那些吸水变大的玩具。想象一下，在一个密闭的空间里会发生什么。在门牙结中发生的情况是，细胞在一个固定的空间中大量繁殖，这导致中心压力积聚，然后变成一个特化细胞群。就像拥挤的酒吧里的人一样，组织中的细胞开始感受到来自同伴的挤压。研究人员发现，感受到较强压力的细胞会停止生长，并开始发出信号，将牙齿周围的其他细胞组织起来。它们真的被挤压成了牙齿的组织者。"
该研究的共同通讯作者、现任德累斯顿工业大学生命物理学卓越集群常务董事、教授兼组织动力学主席、加州大学伯克利分校机械工程系前副教授奥特格-坎帕斯博士说："我们能够利用实验室以前开发的微滴技术，弄清机械压力的积累如何影响器官的形成。组织压力在建立信号传导中心方面的作用确实令人兴奋。看看机械压力是否或如何影响其他重要的发育过程将是一件有趣的事情。"
胚胎在形成组织和器官的过程中，会利用这些信号中心来引导细胞。就像建造摩天大楼或桥梁一样，雕刻我们的器官需要严密的计划、大量的协调和正确的结构力学。在建造桥梁的过程中，任何一个环节出现问题都可能是灾难性的，而在子宫内生长时，也可能对我们造成损害。
奥菲尔-克莱因说："通过了解胚胎是如何形成器官的，我们可以开始询问先天性畸形儿出了什么问题。这项工作可能会促使我们对先天缺陷是如何形成的以及如何预防进行更多的研究。"
编译自/scitechdaily