血管形状生成的细胞机理揭开

 

对生物形成的根本机理认识具有重要意义

 

科技日报北京11月24日电 （记者陈超）长期受到关注的血管形成机理研究，一直未取得突破。近日，日本熊本大学西山功一主任研究员、东京大学栗原裕基教授等联合宣布，他们利用生物学和数理模型在计算机中模拟出血管生成时控制血管内皮细胞运动的机理。该研究成果近期刊载于科学杂志《细胞报告》电子版上。

 

生物是以最小机能单位细胞集结而形成的多细胞体，但是科学家尚不了解细胞集结是如何形成组织及器官的有序形态的。其中血管供给身体中所有组织充量的氧和营养源，因此血管穿差于组织和组织之间，与血管外的环境形成相互作用，具有巧妙的分支作用。

 

血管生成是一个复杂的运动过程。血管内皮细胞与其他细胞相互作用，反复进行出芽、成长、分支和形成管腔，生成具有血管特征的二维、三维分支结构形状。血管生成是形成新的血管网络的重要现象之一。

 

研究小组对其中与血管内皮细胞增殖因子（VEGF）反应促进血管生长的多细胞运动做了可视化尝试。他们对血管生长所必需的细胞进行了三维培养，构建了血管样的结构。然后使血管内皮细胞的运动可视化，通过计算机对其运动进行定量化分析，发现了极为复杂的多细胞运动。他们确认了先端细胞与后续的茎细胞以各种不同的速度和方向运动，互相追逐和超越，互相替代位置，然后形成全体有序的血管形态。

 

随后，研究小组利用生物学和数理模型在计算机中模拟了复杂内皮细胞的运动。模拟研究发现，在血管生长时，细胞自发、自律地控制复杂的运动，并与相邻细胞相互协调。这种融合了生物学和数理模型的计算机模拟方法，不只对血管的形态形成，也对今后各种形态形成的多细胞运动机理的理解，进而对生物形成的根本机理认识具有重要意义。