Dans le domaine de la biologie cellulaire et de la R & D biomédicale, le rôle régulateur de l'environnement de microgravité sur les fonctions physiologiques des cellules devient un point chaud de la recherche. Les voies de signalisation intracellulaires, en tant que centres centraux pour la régulation des activités vitales telles que la prolifération cellulaire, la différenciation, l'apoptose et d'autres mécanismes de réponse en microgravité, sont essentielles à la résolution des changements dans l'état physiologique des cellules. Société kotchTdccs - 3D microgravité 3D système de culture cellulaireLa construction précise d'un environnement de simulation de microgravité de classe 10⁻³ G avec une technologie de rotation tridimensionnelle à faible force de cisaillement fournit une plate - forme expérimentale stable et fiable pour explorer les effets de la microgravité sur la signalisation intracellulaire, poussant la recherche pertinente de la théorie à l'application.
La perception et la réponse cellulaires aux stimuli mécaniques externes dépendent de la synergie des récepteurs mécaniques à la surface de la membrane cellulaire et des voies de signalisation en aval. L'environnement microgravitationnel créé par le système tdccs - 3D remodèle le réseau de signalisation intracellulaire à la source en modifiant le microenvironnement mécanique de la cellule, dont le mécanisme central peut être réduit à trois points.
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Activation et remodelage des mécanorécepteurs
Les récepteurs mécaniques tels que les intégrines, les cadhérines, les canaux ioniques (par exemple, piezo1) à la surface de la membrane cellulaire sont des « sentinelles de pointe» pour les changements de gravité perçus par les cellules. Dans un environnement de microgravité, l'état d'étirement et d'adhérence de la cellule est modifié et le mode de liaison de l'intégrine à la matrice extracellulaire est ajusté, ce qui déclenche des changements conformationnels et l'activation de l'agrégation. Les intégrines activées activent la kinase adhésive aval (FAK), initiant l'axe de signalisation FAK - Ras - ERK tout en régulant la recombinaison du Cytosquelette. De plus, le Canal ionique piezo1 s'ouvre sous une variation de tension mécanique induite par la microgravité, médiant l'influx d'ions calcium, fournissant un signal d'activation pour une voie de signalisation de type calcium - dépendant.
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Ajustement de la conduction du signal d'entraînement pour la reconstruction du Cytosquelette
L'environnement de microgravité affecte considérablement l'assemblage et la distribution du Cytosquelette (microfilaments, microtubules, fibres intermédiaires). Le degré de polymérisation des microfilaments d'actine est réduit et la formation de pseudopodes cellulaires est inhibée, ce qui entraîne une transformation morphologique de la cellule en sphéroïde; L'instabilité dynamique accrue des microtubules affecte le positionnement des organites et le transport de la matière. La reconstruction du Cytosquelette modifie non seulement les propriétés mécaniques de la cellule, mais régule également l'activité des voies de signalisation par interaction avec les molécules de signalisation. Par exemple, la dépolymérisation du squelette des microfilaments peut inhiber l'activité des membres de la famille des enzymes Rho - GTP, ce qui affecte à son tour la signalisation liée à la migration cellulaire; Les changements dans la structure des microtubules peuvent interférer avec l'endocytose Ligand - récepteur et la signalisation dans la voie notch.
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Réponse et régulation du second système messager
Les seconds messagers intracellulaires (p. ex., camp, ca², IP3) sont des intermédiaires importants dans la signalisation et leurs variations de concentration présentent une régularité remarquable dans l'environnement de microgravité. La conception à faible force de cisaillement du système tdccs - 3D, qui évite la destruction de la membrane cellulaire par des dommages mécaniques, garantit une réponse stable du deuxième système messager. La microgravité peut modifier la concentration intracellulaire d'AmpC en activant l'adénylate cyclase ou la phosphodiestérase et réguler l'activité de la protéine kinase A (PKA), ce qui peut affecter la prolifération et la différenciation cellulaires. Dans le même temps, l'augmentation de l'influx d'ions Calcium active la calmoduline (CAM), qui initie la voie de signalisation Cam - camk₂, impliquée dans la régulation de l'expression des gènes. Les changements de ces seconds messagers, comme les « régulateurs» dans les réseaux de signalisation, entraînent un ajustement adaptatif de l'état physiologique des cellules.
L'environnement de microgravité simulé par le système tdccs - 3D exerce un effet régulateur significatif sur plusieurs voies de signalisation de base à l'intérieur de la cellule, qui à leur tour affectent l'activité vitale de la cellule, et voici les caractéristiques de réponse de plusieurs voies clés.
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Voie de signalisation wnt / β - catenin
La voie wnt est la voie centrale qui régule le maintien de la pluripotence et la différenciation dirigée des cellules souches. En microgravité, l'activité de la Glycogène Synthase Kinase intracellulaire 3β (GSK - 3β) est inhibée, ce qui entraîne une diminution du taux de phosphorylation de la bêta - caténine, qui s'accumule dans le cytoplasme et passe au noyau, se liant au facteur de transcription TCF / LEF, activant l'expression de gènes liés à la pluripotence (par exemple oct4, sox2, nanog). Les données expérimentales ont montré que les cellules souches cultivées dans le système tdccs - 3D ont montré une augmentation significative du niveau d'activation de la voie wnt, une régulation à la hausse de plus de 30% de l'expression du marqueur de pluripotence et une augmentation significative de la capacité d'auto - renouvellement des cellules. En outre, la régulation de la voie wnt par microgravité est spécifique au type cellulaire et, pour les cellules tumorales, elle peut réduire la capacité proliférative et invasive des cellules en inhibant l'activation anormale de la voie wnt.
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Voie de signalisation PI3K / Akt / mTOR
La voie PI3K / Akt / mTOR est une voie clé pour réguler le métabolisme énergétique, la croissance et la survie des cellules. L'environnement en microgravité peut activer PI3K via l'axe de signalisation intégrine - FAK, ce qui l'incite à catalyser la conversion du phosphatidylinositol diphosphate (pip2) en phosphatidylinositol triphosphate (pip3), qui à son tour recrute Akt à la membrane cellulaire et l'activation de la phosphorylation se produit. Akt activé peut activer le complexe mTOR, réguler la biosynthèse des Ribosomes et la traduction des protéines, ce qui affecte le taux de croissance des cellules. Dans le même temps, l'activation de la voie mTOR inhibe l'expression des gènes liés à l'autophagie et réduit les niveaux d'autophagie cellulaire. Dans le système tdccs - 3D, la voie PI3K / Akt / mTOR des cellules souches est modérément activée, ce qui permet à la fois de préserver la survie et la prolifération des cellules et d'éviter la différenciation due à la suractivation; Alors que pour les cellules endommagées, l'activation de cette voie peut améliorer la résistance aux dommages des cellules en inhibant l'expression de protéines associées à l'apoptose, telles que Bax.
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Voies de signalisation MAPK / ERK
La voie MAPK / ERK est impliquée dans la régulation de nombreux processus physiologiques tels que la prolifération cellulaire, la différenciation, l'apoptose, etc. Dans un environnement de microgravité, l'activation de l'intégrine peut activer la kinase MAPK (RAF) via la protéine RAS, qui à son tour initie une cascade de signalisation MAPK qui phosphoryle et transfère ERK au noyau, régulant l'expression des gènes cibles en aval. Au cours de la différenciation dirigée des cellules souches, la microgravité guide la différenciation des cellules vers une lignée spécifique en régulant le calendrier d'activation et l'intensité de la voie ERK. Par example, dans la différenciation des cellules osseuses, l'activation continue de la voie ERK peut favoriser l'expression de gènes liés à l'ostéogenèse tels que runx2, OCN; Alors que dans la différenciation des cellules nerveuses, une activation modérée de la voie ERK favorise la croissance des protubérances neuronales. La faible force de cisaillement caractéristique du système tdccs - 3D, qui évite l'activation non spécifique de la voie MAPK par stimulation mécanique, garantit la précision et la répétabilité des résultats expérimentaux.
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Voie de signalisation notch
La voie Notch joue un rôle clé dans la détermination du destin cellulaire. L'environnement de microgravité peut modifier l'efficacité de liaison des récepteurs Notch aux Ligands en influençant la distribution du Cytosquelette. Dans les systèmes de culture tridimensionnelle en microgravité, le contact intercellulaire est plus étroit dans les agrégats cellulaires et la probabilité de liaison du Ligand Notch (par exemple, jagged1) au récepteur augmente, ce qui entraîne une coupure du récepteur Notch, la libération du segment intracellulaire (NiCd) et le passage au noyau, activant l'expression des gènes cibles (par exemple, hes1, hey1). Pour les cellules souches hématopoïétiques, l'activation de la voie Notch permet de maintenir leur caractère sec, favorisant leur prolifération vers les cellules progénitrices hématopoïétiques; Pour les hépatocytes, une activation modérée de cette voie favorise alors le maintien de leur fonction polaire.
Grâce à sa conception technique unique, le système tdccs - 3D de kotch Corporation offre des avantages irremplaçables pour la recherche sur la signalisation cellulaire en microgravité, principalement dans les domaines suivants.
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Simulation microgravité contrôlable avec précision
Le système prend en charge une large gamme de régulation du gradient gravitationnel de 10⁻³g à 3G, ce qui permet un réglage flexible des paramètres de microgravité pour une régulation précise du microenvironnement de la mécanique cellulaire en fonction des besoins de recherche de différents types de cellules. Dans le même temps, la conception à faible force de cisaillement (force de cisaillement ≤ 0,01 Pa) réduit l'interférence de la stimulation mécanique sur les cellules, évite l'activation de voies de signalisation non spécifiques et préserve la spécificité de l'étude de la conduction du signal.
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Système de culture tridimensionnel réduit l'état physiologique in vivo
Comparé à la culture bidimensionnelle traditionnelle, le système tdccs - 3D construit un environnement de culture tridimensionnel plus proche de l'état de croissance des cellules in vivo. Les cellules forment des agrégats dans l'espace tridimensionnel, et les interactions entre les cellules et la signalisation sont plus conformes à la réalité physiologique, capables de refléter fidèlement les lois changeantes de la signalisation cellulaire dans des conditions de microgravité in vivo. En outre, le système est compatible avec une variété de consommables de culture, prend en charge les expériences de co - culture et peut simuler la communication complexe de signaux entre cellules.
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Suivi et traçabilité des données tout au long du processus
Le système est équipé d'un système de surveillance en temps réel triaxial qui peut enregistrer en temps réel les paramètres clés tels que le gradient gravitationnel, la température, le pH, etc. pendant la culture, assurant la stabilité et la cohérence des conditions expérimentales. L'enregistrement complet des données permet aux chercheurs de retracer le processus expérimental, d'analyser les associations entre les changements de paramètres et l'activation des voies de signalisation, améliorant ainsi la fiabilité des résultats.
L'étude de la régulation de la signalisation cellulaire dans l'environnement de microgravité contribue non seulement à la résolution en profondeur des mécanismes de réponse mécanique des cellules, mais a également de vastes perspectives d'application dans le domaine biomédical.
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Recherche sur les cellules souches et Médecine régénérative
En régulant les voies de signalisation telles que wnt, PI3K / Akt, le système tdccs - 3D optimise les conditions de culture des cellules souches, améliore leur efficacité de maintenance de la pluripotence et de différenciation dirigée, fournissant un support technique pour la production à l'échelle de cellules fonctionnelles. Par exemple, dans l'étude de la différenciation des cellules souches mésenchymateuses en Chondrocytes, la microgravité a considérablement augmenté l'expression de marqueurs spécifiques des chondrocytes en régulant la voie MAPK, fournissant des cellules de semences de qualité supérieure pour l'ingénierie du tissu cartilagineux.
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Construction de modèles de maladies oncologiques et recherche et développement de médicaments
Dans un environnement de microgravité, les voies de signalisation des cellules tumorales sont plus proches de l'état des tissus tumoraux in vivo et peuvent être utilisées pour construire des modèles plus réalistes de la maladie tumorale. En étudiant les mécanismes anormaux d'activation des voies de signalisation, il est possible de dépister des médicaments ciblés. Par exemple, l'utilisation du système tdccs - 3D pour le dépistage de médicaments inhibant la voie PI3K / Akt peut inhiber efficacement la prolifération des cellules tumorales, fournissant ainsi une plate - forme de dépistage fiable pour la recherche et le développement de médicaments antitumoraux.
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Recherche en biologie spatiale
L'environnement de microgravité simulé par le système peut être utilisé pour étudier les effets de la microgravité spatiale sur les fonctions physiologiques des cellules des astronautes, pour analyser les lois de variation des voies de conduction du signal dans l'environnement spatial, pour fournir une base théorique pour préserver la santé des astronautes. Dans le même temps, les résultats de la recherche pertinente peuvent également fournir un soutien technique au développement dans les domaines de la pharmacie spatiale, de la culture cellulaire spatiale et d'autres domaines.
En tant qu'autre produit de base de kotch Corporation dans le domaine de la culture cellulaire, le système de culture cellulaire tridimensionnelle en microgravité tdccs - 3D, doté d'une technologie de simulation de microgravité précise, fournit un outil puissant pour explorer les mystères de la signalisation intracellulaire. À l'avenir, avec l'approfondissement continu de la recherche pertinente, le système jouera un rôle plus important dans les domaines de la biomédecine, de la Médecine régénérative et de la biologie spatiale, contribuant à la conversion efficace des résultats de la recherche scientifique en applications cliniques.