通過建模和顯微鏡的組合揭示干細胞行為

A * STAR研究人員正在通過結(jié)合細胞譜系示蹤實驗和數(shù)學建模的多學科方法研究健康胃中細胞的更新1。該模型為研究胃病提供了有價值的基線，該方法可用于研究其他器官的發(fā)育動態(tài)。A * STAR醫(yī)學生物學研究所的Nick Barker團隊研究了胃幽門區(qū)域內(nèi)的瓶狀口袋的發(fā)展，這種口腔被稱為幽門腺，將胃泌素和粘液分泌到胃中。在每個腺體內(nèi)是干細胞的分隔池，有助于兩個基本過程。一些子細胞保持未分化并緩慢地替換腺體內(nèi)的其他干細胞，而其他細胞向上遷移并分化以相對快速地更新胃壁。研究人員使用隨機模型研究這兩個過程，使用熒光標記細胞的觀察來擬合模型。

由于干細胞分裂并取代其他干細胞，最終腺體中的所有細胞都將來自單個干細胞。為了研究這個過程，該團隊擴展了一個早期模型，該模型假設(shè)該過程始于一個干細胞而不是一個池。通過建立一個沒有這個假設(shè)的模型，研究小組發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)干細胞能夠有效地擴展到整個腺體。

研究人員還通過干細胞增殖和分化來量化胃內(nèi)膜的更新。

通過整合隨機模型和實驗，他們表明增殖和分化的過程是緊密耦合的; 干細胞通常以與它們的女兒分化相同的速率分裂，確保池保持相同的大小。

當這些過程變得不相關(guān)時，該團隊還應用這種方法在類似疾病的條件下量化干細胞增殖和分化。

這些模型將有助于了解胃病以及正常的幽門腺發(fā)育。“例如，我們可以檢查胃癌是否是干細胞增殖和分化之間失衡的結(jié)果，或者與干細胞的更換速度較慢有關(guān)，這意味著干擾細胞不能及早更換”，Carmen Pin說。來自英國食品研究所的研究員，他與A * STAR團隊的Barker和Marc Leushacke進行了這項研究。

他們補充說：“同樣的方法可用于研究任何細胞群的動態(tài)，這些細胞可以通過遺傳標記并在其他器官中進行追蹤。”

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