根据加州大学伯克利分校的最新研究，皮肤的橡胶状弹性在伸展后收缩至其原始形状，是发育过程中规则间隔的毛发和汗腺发育的关键。

这些发现，它们来自于鸡如何实验皮肤的胚胎蛋内的发展产生羽毛，可以提供关于如何生长移植的人造皮肤，看起来像正常人皮肤，完整的毛囊和汗毛孔提示。只有正确生长的皮肤紧张可以建立这些有组织的结构，而无需添加化学物质来触发它们。

该研究首次将细胞之间的温和拉锯作为生物体生长与特定基因联系起来，使细胞分化成不同的细胞类型，例如将通用皮肤细胞转变为专门的卵泡细胞 - 最终是一根羽毛。

加州大学伯克利分校和细胞系的米勒博士后研究员，胚胎学家Amy Shyer说：“胚胎中的皮肤细胞相互拉扯，最终相互拉成小堆，每个细胞都成为卵泡。”生物学。“真正关键的是没有特定的遗传程序来建立这种模式。所有这些细胞最初都是相同的，它们具有相同的遗传程序，但它们的机械行为会在堆积的细胞中产生差异。翻转开关，在皮肤上形成一层毛囊。“

Shyer和Alan Rodrigues，一位独立的生物学家和前加州大学伯克利分校的访问学者，是一篇关于7月13日在线发表的科学杂志的论文的第一作者。

该研究将两个关于生物体复杂复杂性的思想联系起来。一个是有机体的完整身体计划是由一个遗传程序决定的，该程序从受孕开始并决定每个细胞的命运。另一个更古老的想法是细胞之间的相互作用和它们生长的东西是决定它们命运的关键：例如，在皮肤中，它们是否成为汗腺细胞或毛细胞，或保持皮肤细胞。

“我们的一个关键断言是，这种模式的规范并没有直接编码在基因组中;没有增强剂说，你将成为一个卵泡，你不是，这是很多人经常想到的关于它，“罗德里格斯说。增强子是调节基因表达的基因上游的短片段DNA。

牵引力与阻力

在这项研究中，Shyer和Rodrigues测试了不同类型的材料，用于生长从一周龄鸡蛋中取出的皮肤，使用模仿鸟类皮肤下组织僵硬的人造基质。其中许多材料是由研究生Elena Kassianidou在加州大学伯克利分校生物工程学教授Sanjay Kumar的实验室中产生的，他研究了机械力对癌症和干细胞生物学的作用。两人都是该研究的共同作者。

当他们将一块皮肤 - 外表皮和下面的真皮 - 转移到这些材料上时，他们发现，当真皮中的细胞能够强烈地拉向基底时，它们往往会聚集在许多均匀间隔的斑点中。皮肤。这些聚集体挤压了上覆表皮中的相邻细胞，这些细胞激活了那些使它们成为羽毛毛囊的细胞中的基因。结果：有序的卵泡排列，就像正常的鸡一样。

当基质材料太硬或太软而不能使细胞推拉时，真皮细胞全部一起聚集成一束，挤压表皮，只产生一个卵泡。

在理想的基质硬度范围内，较硬的材料产生更紧密的卵泡，这可以解释羽毛在鸡的不同部位间距不同的事实。

“这种对拉力的抵抗，称为牵引力，是形成许多骨料的关键，因为它限制了细胞移动的距离，”Shyer说。“如果没有阻力，细胞会相互强烈地拉动并自由地移动到一个大的骨料中。”

罗德里格斯补充说：“希望聚集在一起的细胞之间的基本张力和它们的边界抵抗它们，这使得你能够以一种新兴的方式创造出一系列间隔的图案。”

Shyer说，皮肤是从鸡胚中获得的，其发育类似于人类大约一个月的妊娠期，人类胚胎看起来最像其他动物，从鸡和龟到老鼠和人类。这也是内部器官的粗略轮廓开始分化和看起来像是心脏，肺或肝脏的点。

“这表明我们在这个特定阶段发现的原则在所有动物中都是高度保守的，并且可能是一种基本机制，”罗德里格斯说。

研究人员还发现，挤压表皮细胞推动了一种蛋白质β-连环蛋白，它通常位于表皮细胞表面，使其重新定位到细胞核。在那里，它打开了一个开关，启动了遗传程序，使每一团细胞分化成羽毛囊。

在应用方面，罗德里格斯说：“我们已经非常善于吸收干细胞并使它们进入不同的命运，但我们并不擅长以干净的方式控制这些细胞如何在它们分化时组织成独特的结构。他们需要采用正确的命运，也是正确的建筑。

“弄清楚如何同时实现正确的命运和正确的架构是胚胎已经解决的问题。我们正在提出胚胎正在使用的设计原则，可以用来重新思考我们在盘子里进行组织工程的方式，特别考虑机制和细胞命运决定如何协同工作。“

该研究的主要贡献者和论文的第二作者是本科生格兰特施罗德，他在5月份获得了加州大学伯克利分校的最高荣誉，即校园大学奖章。

“他的关键实验为我们开辟了一个新的主题探索领域，我们以100万美元的国立卫生研究院拨款为基础，Shyer在一封推荐施罗德奖项的信函中写道。

Richard Harland是分子和细胞生物学教授，他的实验室Shyer和Rodrigues发起了这项研究，也是该论文的合着者。