Susiejant žindančią biomechaniką su gomurio formavimu | mokslinės ataskaitos

Susiejant žindančią biomechaniką su gomurio formavimu | mokslinės ataskaitos

Anonim

Dalykai

  • Biomedicininės inžinerijos
  • Diferenciacija

Anotacija

Kaukolės yra vieni iš informatyviausių evoliucijos istorijos dokumentų, tačiau dėl sudėtingos geometrijos, susietos su kompozicinių medžiagų savybėmis ir sudėtinga biomechanika, ypač sunku nustatyti mechaninius principus, kuriais vadovaujasi kaukolės morfogenezė. Nepaisant šio iššūkio, daugybė įrodymų, pavyzdžiui, ryšys tarp žandikaulio funkcijos ir žandikaulio formos raidos, vis dėlto rodo, kad mechanobiologija vaidina pagrindinį vaidmenį kaukolės morfogenezėje. Norint pradėti spręsti šią nuolatinę problemą, besivystančio pelės gomurio ląstelių, molekulių ir audinių lygio analizė buvo sujungta su baigtinių elementų modeliavimu, siekiant parodyti, kad žinduolių specifinio oralinio elgesio sukurti kamienų modeliai iš pradžių sukuria papildomus chondrogeninio geno raiškos modelius. vienalytė kaukolės nervų keteros ląstelių populiacija. Neuroninės apvalkalo ląstelės iš osteogeninės virsta chondrogenine lemtimi, todėl kremzlinės augimo plokštelės pavidalo struktūros materializuojasi gomurio vidurinėje linijoje. Šios augimo plokštės prisideda prie galvos šoninio išsiplėtimo, tačiau yra laikinos struktūros; Kai nujunkymo metu išsiskiria su žindymu susiję įtampa, augimo plokštelės išnyksta ir gomurys osifikuojasi. Taigi atrodo, kad mechaniniai užuominos, tokios kaip padermė, kartu reguliuoja ląstelių likimo specifikaciją ir galiausiai padeda nulemti plataus masto galvos formos morfogenezinius pokyčius.

Įvadas

Kadangi valgymas yra būtinas išgyvenimui, šėrimo struktūros dažnai patiria didžiulį atrankinį spaudimą, dėl kurio vystosi įvairios stuburinių kraniofacialinės morfologijos. Pavyzdžiui, prieš maždaug 420 milijonų metų įsigijus šarnyrinį žandikaulio sąnarį, gnathostomes galėjo išsiplėsti į anksčiau neprieinamas trofines nišas, įskaitant tas, kurios susijusios su grobio gaudymu ir mastikacija 2, 3, 4 . Gomurys patyrė panašius adaptacinius pokyčius 5 . Pagrindinėse odelėse, įskaitant protostomas, burnos ir nosies ertmės yra gretimos, gomurio nėra, o maitinimasis vyksta pirmiausia filtruojant organizmus ar organines daleles iš vandens 6 . Žuvys 7 ir paukščiai 8 išsidėsto gomurio lentynose, tačiau jos nepilnai atskiria burnos ir nosies ertmes, ir abi sukūrė nepriklausomus mechanizmus (pvz., Ryklės dantis 9 ir žandikaulius 10 ) maistui susmulkinti į virškinamas daleles.

Kita vertus, žinduoliai ir kai kurie ropliai, įskaitant aligatorius ir krokodilus, turi gomurio lentynas, visiškai atskiriančias burnos ir nosies ertmes 11 . Ši tvarka turi daug privalumų; pavyzdžiui, gretimas kietasis gomurys vaidina mechaninį vaidmenį stabilizuodamas erkę mastikuodamasis ir tokiu būdu leisdamas nepaprastai didelę maitinimo mechanizmų spinduliuotę 12, 13, 14 . Gomurys, skiriantis nosį nuo burnos, taip pat leidžia Crocodilia palaikyti jiems įprastą paslydimo padėtį, ty kvėpuoti panardintais žandikauliais. Žinduolių gomurys taip pat suteikia paviršių, kuriuo liežuvis gali manipuliuoti maistu mastikuodamasis ir būti užpakalinis čiulpiant 15 . Prieš pradėdami kramtyti, žinduoliai maitinasi žindydami 16, kuriems reikalingas nepažeistas gomurys 17, 18 . Priekinė gomurio dalis palaiko liežuvį, nes ji kepa aplink spenį, kad būtų pienas, o užpakalinė dalis uždaro nosies ertmę ir leidžia susidaryti neigiamam slėgiui, kad pienas patektų į stemplę 19 . Dėl gomurio raukšlių susidaro nenutrūkstamos nosies ir burnos ertmės, o šis anatominis defektas neleidžia susidaryti neigiamo slėgio žindant 20 .

Mes siūlome, kad žindymas būtų daugiau nei tik svarbi mitybos priemonė. Mes hipotezuojame, kad kamienai, kuriuos sukelia šis žinduolių specifinis elgesys per burną, atitinka genų transkripcijos ir ląstelių diferenciacijos programas, turinčias įtakos gomurio vystymuisi ir kraniofacialinei morfogenezei. Netiesioginė tokios mechanobiologinės teorijos parama yra gauta iš daugelio in vitro 21, 22 ir in vivo tyrimų 23, 24, kurie kartu parodo, kaip fiziniai dirgikliai (pvz., Suspaudimas, įtampa, stresas, deformacija) gali reguliuoti genų transkripciją ir atitinkamai, audinių augimas ir vystymasis. Naudodamas baigtinių elementų (FE) modeliavimą, nubrėžėme žindymo ir liežuvio judesių sukeliamus deformacijų modelius į besivystančio prenatalinio gomurio anatomiją. Atsirado netikėtas rezultatas, kai hidrostatiniai ir iškraipantys padermės palaikė kremzlės formavimąsi intramembraninio osifikacijos vietoje. Taigi mechaniniai užuominos, būdingos žinduoliams būdingu šėrimo elgesiu, lėmė netikėtą ląstelių likimo specifikacijos pasikeitimą.

Rezultatai

Žinduolių žindymas prasideda 25 gimdoje; todėl mūsų mechanobiologinės analizės prasidėjo 16.5 embriono dieną (E16.5), netrukus po to, kai susiliejo gomurį sudarantys dvišaliai gomurio procesai. Buvo sukonstruotas FE modelis, skirtas suprasti, kaip fizinės jėgos, susijusios su žindymu, paveikė prenatalinius gomurio audinius. Embrioninio gomurio struktūros geometriją FE modelyje sudarė histologiniai (1A pav.) Ir mikrokompiuterinės tomografijos (μCT) anatominiai duomenys (1B pav. Ir 1 lentelė). Tuomet struktūroje esančioms medžiagoms buvo priskirtos mechaninės savybės: pavyzdžiui, pluoštinis audinys tarp besivystančių gomurio procesų buvo traktuojamas kaip vienalytė, tiesiškai elastinga medžiaga (2 lentelė), paremtas molekulinėmis ir ląstelinėmis analizėmis, parodančiomis santykinai vienodą, nediferencijuotą dauginančios kaukolės nervinės kaktos ląsteles (papildomas 1 pav.). Remiantis paskelbtais duomenimis, įvairiems gomurio struktūros paviršiams buvo pripildytos 26, 27 žindymo slėgio ir liežuvio jėgos.

Image

Tipinių ( A ) E18 ir ( F ) P1 pelių gomurio audinių pjūvių anilinas mėlynas dažymas. Tinklinis ( B ) E18 ir ( G ) P1 pelės gomurio trijų matmenų modelis. Apibendrinti deformacijos laipsniai ( C, H ), iškraipanti deformacija ( D, I ) ir hidrostatinė deformacija ( E, J ). ( K, M ) Safraninas O / Greitai žalias dažymas ir ( L, N ) Sox9 imuninis dažymas reprezentatyviose dalyse per P1 ir P3 pelių gomurį. Santrumpos: pp = gomurio procesas; b = kaulas; ct = jungiamasis audinys; nc = nosies ertmė; oc = burnos ertmė. Masto juosta = 50 μm. Pastaba: visi vaizdai nukreipti gomurio kaulo nosies paviršių nukreipti į viršų, o burnos paviršių nukreipti žemyn.

Visas dydis

Pilno dydžio lentelė

Pilno dydžio lentelė

Iškreiptos ir hidrostatinės padermės buvo apskaičiuotos naudojant COMSOL programinę įrangą, siekiant nustatyti, kaip žindymas ir liežuvio judesiai atitinkamai paveikė formos pokyčius ir tūrio pokyčius audinio besivystančio gomurio audiniuose. Taip pat buvo apskaičiuotas bendras gomurio įlinkis. Žindymas sukėlė bendrą prenatalinio gomurio slėgį žemyn, o liežuvio judesiai padidino jėgą aukštyn; kartu su santykinai mažu atsparumu deformacijai, jungtinės mechaninės apkrovos sukėlė pagrindinį (190 μm) ~ 500 μm storio prenatalinio gomurio įlinkį (1 pav. C). Be pluoštinių audinių užpildyto tarpo tarp kaulinio gomurio procesų, iškraipomųjų (1 pav. D) ir hidrostatinių kamienų (1 pav. E) dydis ir pasiskirstymas buvo gana vienalytis (1 pav. D, E).

Jėgos, susijusios su žindymu, dramatiškai padidėjo pogimdyminiu laikotarpiu, kai naujagimiai pradeda žindyti 27 . Palatino procesai taip pat sutirštėjo; todėl numatytas padermes pagal šį scenarijų apibūdinti buvo naudojamas antrasis FE modelis (1F pav.). Buvo atlikta kiekybinė pogimdyvinės gomurio architektūros analizė ir šie histomorfometriniai duomenys vadovavosi naujų audinių geometrijų priskyrimu. Pavyzdžiui, palyginti su jų matmenimis ties E18, 5, 1-osios dienos po gimdymo gomurio kaulai (mėlyni) buvo storesni; jungiamojo audinio vokas buvo plonesnis; o pluoštiniu audiniu užpildytas tarpas tarp kaulinio gomurio procesų (geltonas) buvo siauresnis (1G pav.). Kai šios naujos geometrijos buvo veikiamos žymiai didesnių spaudimų ir liežuvio jėgų, susijusių su slauga, buvo pastebėtas minimalus gomurio įlinkis (1H pav.). Šis santykinis standumas (1 pav. I) paskatino susidaryti hidrostatines padermes, kurios buvo ypač didelės (pvz., 3%) gomurio kaulų kraštuose (punktyrinės pusapvalės raudonos linijos, 1 pav. J).

Tokio masto iškraipytos ir hidrostatinės padermės (1I pav., J) atitiko chondrogeninių ląstelių likimo 28, 29, 30 specifikaciją . Tačiau kremzlės prognozė besivystančiame gomuryje nustebino. Remiantis gerai priimta literatūra, gomurio procesai susiformuoja išimtinai tiesiogiai diferencijuojant mezenchimines ląsteles į osteoblastus (apžvelgtos 31 ). Mūsų pačių atlikta histologinė analizė nuo vėlyvųjų embriono stadijų iki pirmosios pogimdyminės dienos taip pat parodė, kad gomurio procesų ląstelės tiesiogiai diferencijuojasi į osteoblastus (1 pav. K ir papildomas 2 pav.).

Remdamiesi kremzlių formavimosi FE prognoze, mes apklausėme gomurio audinį, naudodamiesi imunonezonu prieš chondrogeninį baltymą Sox9 32 . Šios analizės parodė, kad atskiros ląstelių sritys, lokalizuotos gomurio kaulo kraštuose, buvo Sox9 teigiamos (1 pav. L). Mes sutelkėme dėmesį į perinatalinį periodą ir kruopščiai pažymėjome Sox9 ekspresijos pradžią; „Sox9“ baltymo nebuvo e18.5, jis buvo aptinkamas P1, o naudojant P3 buvo akivaizdi kremzlinė baltymų turtinga proteoglikanų matrica (1 pav., N). Šiuo 72 valandų laikotarpiu chondroprogenitorinės ląstelės perėjo iš labai proliferacinių chondroblastų (2 pav., B) į visiškai diferencijuotus hipertrofinius chondrocitus (2 pav., C). Taigi dėl priežasčių, kurios nebuvo iš karto aiškios, kaukolės nervinio apvalkalo ląstelės, kurios diferenciavosi į gomurio kaulus, staiga pasikeitė iš osteogeno į chondrogeninę programą.

Image

( A ) 1-osios pogimdyminės dienos metu ląstelių grupės (pažymėtos raudona spalva) išoriniame krašte aptinkamas Ki67 aktyvumas, ribojantis gomurio procesus su vidurine linija, be dažymo. ( B ) X tipo kolageno išraiška aptinkama tik gomurio gomurio lentynų priekiniame krašte. ( C ) Iki 3 dienos po gimdymo Ki67 dažymas yra teigiamas tik kiekvieno gomurio proceso priekiniame krašte ir jo nėra vidurinėje linijoje (pažymėta raudona spalva), tuo tarpu ( D ) X tipo kolageno išraiška yra aptinkama tarp dauginančių ląstelių ir gomurio proceso krašto. (išdėstyta balta spalva). ( E ) Distortioninis ir hidrostatinis deformacijų pasiskirstymas buvo žemėlapiai, naudojant kremzlės dangtelį išplėtimo jėga. ( F ) Safranino O / Greitai žalios spalvos dažymas P4, gomurio procesą atskirtas neorganizuota mezenchiminių ląstelių sritimi (geltonas skliaustas). ( G ) Iki P7 kaulinio gomurio proceso pabaigoje vidutinio gomurio siūlų kompleksas yra organizuotas į proteoglikanų turtingą kremzlės matricos (raudona spalva Safraninas O / greitai žalias dažymas) sritį pasibaigus kaulinio gomurio procesui, o vidurinės linijos sritis dabar yra susiaurinta. Santrumpos: b = kaulas; c = kremzlė; ct = jungiamasis audinys. Masto juosta = 50 μm.

Visas dydis

Norėdami suprasti, kaip šis dramatiškas ląstelių likimo statuso pokytis paveikė vėlesnę gomurio morfogenezę, mes įtraukėme šiuos kremzlės „dangtelius“ į iteracinį FE modelį. Kai ląstelių grupė ar kondensatas auga greičiau nei aplinkinės ląstelės, kondensato tūris yra suvaržytas, o tai savo ruožtu padidina slėgį kondensate 28 . Mūsų modelyje chondrogeninių ląstelių dydis padidėjo (padidėjo hipertrofija) greičiau nei aplinkinių ląstelių, tai rodo kolageno tipo X teigiamas imuninis dažymas hipertrofiniams chondrocitams. Norėdami modeliuoti šią hipertrofijos būseną FE modelyje, chondrogeninėms ląstelėms buvo paskirtas vienodas slėgis 29 . Tada buvo taikomas pogimdyminis žindymo slėgis ir liežuvio jėga. Bendrai šios sąlygos sukėlė didelę hidrostatinę įtampą pačiose kremzlės dangtelėse (2E pav.). Tokio masto hidrostatinės padermės sukūrė mechaninę aplinką, palankią chondrocitų terminalo diferenciacijai 28 4 ir 7 pogimdyminėmis dienomis, ir patikrino kremzlės likimą (2F pav., G).

Kremzlės dangteliai priminė augimo plokšteles (3A, B pav.), Nes mineralizacijos matricoje buvo akivaizdi proliferacinė zona (3C, D pav.), Apoptozinė zona (3E, F pav.) Ir ALP dažymas (3 pav. 3G, H). TRAP aktyvumas (3I pav., J) ir osteoblastų diferenciacija (3K pav., L) atitiko augimo plokštelės histologiją, tokią, kokia stebima žinduolių slanksteliuose ir ilguose kauluose 33 . Taigi fizinės jėgos, kurias sukelia žindymo ir liežuvio judesiai, sukūrė deformacijos modelį, atitinkantį kremzlės, o ne kaulo formavimąsi. Be to, chondrocitai susistemino į augimo plokšteles panašias struktūras. Šios vidurinės linijos augimo plokštės prisideda prie kaukolės išsiplėtimo šonu 34 .

Image

( A ) Reprezentaciniai skyriai P21 su „Safranin O“ / Greitai žalios spalvos dažais, rodantys du organizuotų proteoglikanų turinčių kremzlių matricos regionus, atskirtus stuburo slankstelio augimo plokštelės tarpslanksteliniu disku, ir ( B ) pluoštinį audinį vidurinio gomurio siūlių komplekse. ( C ) Ki67 + ve chondrocitų zonos yra identifikuojamos tiek slankstelių augimo plokštelėje ( D ), tiek vidurinio gomurio siūlėje. ( E ) TUNEL + ve ląstelės aptinkamos chondro-osseous sankryžoje tiek slankstelio, tiek ( F ) gomurio augimo plokštelėje. ( G ) Teigiamas ALP dažymas aptinkamas augimo plokštelės hipertrofinių ir osifikuojančių chondrocitų srityje tiek slankstelyje, tiek ( H ) gomuryje. ( I ) TRAP + ve ląstelės labiausiai pastebimos tiek slankstelio, tiek ( J ) gomurio kauluose. ( K ) Osteopontin + ve dažymas buvo aptiktas augimo plokštelės hc srityje, taip pat kaulo slankstelyje ir ( L ) gomuryje. Santrumpos: ALP = šarminė fosfatazė; b = kaulas; c = kremzlė; hc = hipertrofiniai chondrocitai; OPN = osteopontinas; pc = proliferuojantys chondrocitai; rc = ramūs chondrocitai; TRAP = tartratams atspari rūgštinė fosfatazė; TUNEL = galutinio dezoksinukleotidilo transferazės tarpininkaujamo dUTP slapyvardžio žymėjimas; Mastelio juostos = 50 μm.

Visas dydis

Jei dėl šių žinduolių augimo plokštelių atsiradimo ir palaikymo atsiranda žindymo sukeltas spaudimas, tada sumažėjęs žindymas turėtų išnykti. Pelės šuniukai atjunkė maždaug nuo 3–4 savaičių, sulaukę 35 metų, ir mes modeliavome šį burnos elgesio pokytį kartu su kitais ryškiais anatominiais pokyčiais. Pavyzdžiui, tarpas tarp augimo plokštelių susiaurėjo ir hipertrofinė kremzlė pamažu mineralizavosi (4A, B pav.). Kad būtų galima imituoti pastebėtą didėjantį standumą, kremzlei buvo priskiriami laipsniškai didesni elastingi moduliai (papildomas 3 pav.). Kompiuteriniai įtempiai tarpo srityje smarkiai padidėjo (4 pav. C), o tai atitiko regiono 36 osifikaciją. Iki 20 savaitės mes nustatėme, kad kremzlinės augimo plokštelės išnyko (4 pav., E) ir buvo pakeistos tankiu kolageno tiltu (4 pav. F). Taigi augimo plokštelių išnykimas sutapo su normaliu kaukolės šoninio augimo nutraukimu, dėl kurio iki šio amžiaus suaugusiųjų pelės tapo matomos 37 .

Image

Reprezentatyvių vidurinių ir gomurinių siūlų skyrių, gautų iš 5 savaičių ir ( B ) 9 savaičių, greitas žalia dažymas safraninu O. ( C ) Didėjant kremzlės dangtelio standumui, iškraipomosios ir hidrostatinės deformacijos žymimos atitinkamame baigtinių elementų modelyje. ( D ) dažymas safraninu O / greitas žalios spalvos dažymas, ( E ) pilno Alizarino raudonojo / alcianinio mėlynojo dažymo dažymas (vidurinės gomurio siūlės išmargintos balta spalva; žvaigždutė nurodo nosies pertvarą) ir ( F ) raudono gomurio audinio dažymas Picrosirius raudonai nuo 20 savaičių amžiaus pelių., nurodant kremzlės augimo plokštelių praradimą. Santrumpos: b = kaulas, c = kremzlė, ct = jungiamasis audinys. Masto juosta = 50 μm.

Visas dydis

Diskusija

Klausimas, kaip iš pradžių vienalytės ląstelių populiacijos susidaro sudėtingi audiniai, yra toks pat senas kaip vystymosi biologijos sritis. Nors dauguma tyrimų yra sutelkti į biologinius dirgiklius, atsakingus už modelio generavimą (apžvelgta 38 skyriuje ), fizinės jėgos taip pat gali modifikuoti genų raišką ir todėl paveikti audinių modelį ir morfogenezę 39 . Čia pateikiame duomenis, pagrindžiančius mechanobiologinį modelį, pagal kurį žinduoliams būdingas elgesys sukuria hidrostatinio ir iškraipomojo kamieno modelius, kurie koreliuoja su gomurio vidurio gomurio augimo plokštelių, kurios atrodo būdingos žinduolių palatogenezei, atsiradimu ir išnykimu.

Yra gausu duomenų apie genetinę paleogenezės kontrolę 31, o embriologai labai išsamiai ištyrė gomurio vystymosi procesą. Nepaisant kruopštaus tyrimo, nepavyko rasti nuorodų į laikinas augimo plokšteles primenančias struktūras žinduolių gomurio vidurinėje linijoje. Klinikinėje literatūroje buvo daroma nuoroda į kremzlės buvimą 14 savaičių amžiaus žmogaus gomuryje 40 ; naujesnis eksperimentas su gomurio išsiplėtimu 6 savaičių pelėms taip pat parodė kremzlės dangtelių buvimą kaulinio gomurio procesų galuose41. Nei viename tyrime kremzlė nebuvo nustatyta kaip augimo plokšteles primenančios struktūros, nebuvo pripažinta jo laikina prigimtis ir nepriskirtas jai vaidmuo valdant veido šoninę plėtrą. Šių laikinų struktūrų svarba aiškiausiai paaiškėja atliekant chirurginę procedūrą gomurio defektui ištaisyti 34 ; net jei pačios augimo plokštelės nėra atviros, randai, esantys virš viršutinių minkštųjų audinių, gali sutrukdyti ląstelių dauginimąsi augimo plokštelėse ir sukelti vidurinio veido augimo sustojimą.

Jei mūsų hipotezė yra teisinga, kad žindymas sukuria unikalius deformacijų modelius, skatinančius auginti vidurines gomurio plokšteles, tada žinduolių palikuonims, kurie pieną vartoja kitais būdais nei žindomi, neturėtų būti tokių laikinų vidurinių gomurio struktūrų. Šiuo atžvilgiu ypatingą susidomėjimą turėjo monotremos (pvz., Platypus ir echidna). Šiems žinduoliams laktacija pasiekiama per 42, 43 pieno pleistrus. Kadangi manoma, kad žindymui reikalingas spenelis ar spenelis, dažnai manoma, kad plekšnių palikuonys pieną geria laižydami 44 . Jei vienatūris jaunas laižymas vietoj to žįstų, bet vis tiek turėtų vidurinės gomurio augimo plokšteles, tada mūsų hipotezė būtų neteisinga. Mes ištyrėme vienatūrių gomurius, kuriuos sudaro du kaulai, susiliejantys 45 vidurio linijoje, taip pat siekėme patikrinti, kaip iš tikrųjų maitinasi vienatūriai jaunuoliai. Archyvinių vaizdo įrašų duomenys aiškiai parodė, kad echidnos ir plekšnių jaunikliai elgiasi su krūtimi 46 ir yra tokie energingi, kad leidžia naujagimiams suvartoti beveik 10% savo kūno svorio piene per vieną šėrimą 47 . Todėl šios žinduolių klasės analizė nei palaikė, nei paneigė mūsų modelį.

Mes apsvarstėme kitas gyvūnų klases: jei žinduoliams būdingi tik žinduolių ir žindymo metu sukurti hidrostatinio ir iškraipomojo atmainų modeliai, tada gyvūnų, kurie nepasiima žinios, su visiškai kaulėtais skoniais (pvz., Krokodilų ir aligatorių) analizė būtų gana informatyvi. Pateikta teorija galėtų numatyti, kad krokodilo gomuriai susiformuoja tik per intramembraninį osifikaciją. Vis dėlto reikėtų ištirti kelis išsiritimo etapus, nes šios augimo plokštelės yra trumpalaikės struktūros. Tačiau yra vienas įspėjimas: Crocodilia taip pat gali pasireikšti kitokiu prenataliniu burnos elgesiu, darančiu įtaką gomurio vystymuisi.

Pasidomėjome, ar naujagimiams, turintiems gomurio plyšius, nėra kremzlių augimo plokštelių. Bent jau žmonėms, gomurio skilvelių defektai neužkerta kelio žindyti 48 . Tačiau, kai pirmą kartą pastebimas augimo plokštelių atsiradimas, pelių vaisiai, turintys skilvelių plyšį, neišgyvena praeities (1 pav.). Galbūt nepilna gomurio plyšio atvejais į šį klausimą galima atsakyti atliekant tolesnius tyrimus.

Laikinas kremzlių dangtelių susidarymas tiksliai atitinka slaugos pradžią, kai žindymo jėgos padidėja eilės tvarka prieš jų prenatalinę būseną. Mes parodome, kad šių fizinių jėgų generuojami deformacijų modeliai laikinai ir erdvėje koreliuoja su atskirais chondrogeninių ląstelių likimo specifikacijos modeliais. Chondrocitai susitvarko į dvišales augimo plokšteles panašias struktūras, kurios prisideda prie galvos skeleto šoninio išsiplėtimo. Augimo plokštelės yra laikinos, atsirandančios maždaug atjunkymo metu. Naujagimiui pereinant nuo žindymo prie maisto matinimo, augimo plokštelės išnyksta ir gomurys osifikuojasi. Taigi, iš pradžių lankstus audinys, gomurys yra paverčiamas standžia platforma, tinkama palaikyti įvairias žindymo funkcijas. Šis darbas pabrėžia fizinių jėgų, kaip ląstelių likimo veiksnių, svarbą ir iš esmės pateikia pagrindą, pagal kurį galima apsvarstyti, kaip unikalų šėrimo elgesį gali paveikti palatogenezės vystymasis, adaptacija ir raida.

Metodai

Gyvūnai

Visi eksperimentiniai protokolai atitiko ARRIVE (Animal Research: Reporting of In vivo Experiments) gaires ir buvo patvirtinti Stanfordo tyrimų su gyvūnais komiteto. Nėščiosios nėštumas buvo atliekamas visais atvejais, kai buvo renkamos embrioninės pelės. Histologiniams tyrimams buvo naudojami C57BL / 6 laukinio tipo embrionai ir pelės bei Wnt1 Cre / + ; R26 LacZ / + embrionai, sujungti su Xgal dažymu, buvo naudojami kaukolės nervinio apvalkalo ląstelėms gomuryje vizualizuoti. Trumpai tariant, Wnt1 yra ekspresuojamas kaukolės nervų keteros ląstelėse, kai jos iškyla iš nugaros nervo vamzdelio 49 ; antrasis štamas, ROSA26 sąlyginis reporteris (R26R), buvo substratas Cre-tarpininkaujamai rekombinacijai. Naudojant šią dviejų komponentų genetinę sistemą, buvo stebėta kaukolės nervų keteros ląstelių migracija ir diferenciacija, naudojant Xgal dažymą, kad būtų galima aptikti LacZ geno produktą. Visi gyvūnai buvo gauti iš „Jackson Laboratories“.

Histologija, histochemija ir imunohistochemija

Audiniai buvo fiksuojami 4% paraformaldehide 4 ° C temperatūroje per naktį ir, jei reikia, iki galo pašalinami iki 19% EDTA, esant 23 ° C, dehidratuojami laipsniškoje etanolio serijoje ir įterpiami į parafiną arba UŠT. Vainikinės dalys (8 μm) buvo supjaustytos ir pritvirtintos. Visais atvejais analizuoti audiniai apėmė regioną tarp pirmojo ir antrojo molinių.

Kaulams ir kremzlėms atpažinti buvo naudojami safranino O / greitai žali, „Picrosirius“ raudona, „Anilin Blue“ ir viso sudėjimo Alizarino raudona / „Alcian“ mėlyna spalva dažyti dažai, kaip aprašyta 50 . Histocheminis šarminės fosfatazės (ALP) ir tartratams atsparios rūgšties fosfatazės (TRAP) dažymas buvo atliktas, kaip aprašyta 50 . Imunohistocheminiai Ki67 (Thermo Scientific), Osteopontin (abcam), X tipo kolageno (abcam) ir Sox9 (Santa Cruz Biotechnology) lokalizavimas buvo atlikti taip, kaip aprašyta 50 . X-gal dažymui buvo naudojami kriosekcionuoti stikleliai; fiksavimas, plovimas ir dažymas buvo atlikti taip, kaip aprašyta 50 . TUNEL ženklinimas buvo atliktas, kaip aprašė gamintojas (Roche). Dažytų audinių pjūvių atvaizdavimas atliktas „Leica DM 5000B“ fluorescenciniu mikroskopu.

Baigtinių elementų modeliavimas

Linijiškai elastingi izotropiniai FE modeliai buvo suformuluoti COMSOL Multiphysics 4.4 (COMSOL Inc.). Naudota geometrija buvo pagrįsta histologiniais embrionų ir postnatalinių tarppalatalinių siūlų komplekso duomenimis (1 lentelė). Paskirtos gomurio kaulo, minkštojo jungiamojo audinio ir vidurinio gomurio siūlės mechaninės savybės buvo pagrįstos paskelbtomis ataskaitomis (2 lentelė). Apskaičiuotos slėgio žemyn, kurį sukelia žindymas 27, ir liežuvio jėgų 26 slėgio aukštyn vertės, atitinkamai, buvo 1000Pa ir 0, 004N, naudojant duomenis, gautus iš žmonių kūdikių, kurie buvo suskaičiuoti pagal pelės svorį. Tiek embrioniniame, tiek pogimdyminiame modelyje gomurio kaulų šoniniai kraštai buvo suvaržyti visomis kryptimis.

Visi eksperimentai buvo atlikti vadovaujantis Stanfordo gyvūnų tyrimų komiteto patvirtintomis gairėmis.

Papildoma informacija

Kaip pacituoti šį straipsnį : Li, J. et al. Žindomų biomechanikų susiejimas su gomurio formavimu. Mokslas. Rep. 6, 20419; „doi“: 10.1038 / srep20419 (2016).

Papildoma informacija

PDF failai

  1. 1.

    Papildoma informacija

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.