原膠蛋白如何生長
2019-10-31 02:20:14 訪問:3553由得克薩斯州A與M大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師組成的一個研究組，在分子水平上揭示膠原蛋白如何生長，以及其如何有助于機(jī)體的結(jié)構(gòu)多樣化的形成，包括骨骼，肌腱，血管，皮膚，心臟，甚至眼角膜等各種結(jié)構(gòu)。
采用計算機(jī)模型，及新開發(fā)的計算機(jī)程序，A&M大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系的副教授Wonmuk Hwang，已經(jīng)能夠區(qū)分不同條件下形成的復(fù)雜膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)在分子水平上的差異。他的研究結(jié)果作為科學(xué)期刊《Physical Review Letters》的特色封面文章。
膠原蛋白，普遍作為化妝品使用，是人體內(nèi)最為豐富的一種蛋白質(zhì)。作為結(jié)締組織的主要結(jié)構(gòu)蛋白，它們也在肌腱，韌帶和皮膚中被發(fā)現(xiàn)。而且角膜，軟骨，骨骼，血管和牙齒也富含這些蛋白質(zhì)。Hwang研究了膠原蛋白是如何形成這樣一個多樣化的材料。具體而言，他研究了膠原蛋白纖維在表面上如何組裝有序的網(wǎng)絡(luò)。
Hwang說，膠原蛋白的表面組裝，特別是與生物醫(yī)學(xué)工程師正在尋找使用基于膠原蛋白的涂料的植入式醫(yī)療設(shè)備，為了防止該設(shè)備被人體的免疫系統(tǒng)拒絕。
“我們比較了膠原蛋白形成的結(jié)構(gòu)上的差異，” Hwang說，“來自于機(jī)體的不同部位的這些分子之間的真正區(qū)別是什么?形成骨和形成角膜的膠原蛋白之間存在什么差異?如果您在分子水平研究這個問題，你可以開始看到差異。我們的研究旨在為這些差異提供一個量化和細(xì)致的分析?！?br/>
作為他研究的一部分，Hwang發(fā)現(xiàn)，膠原纖維組裝成一個三角形狀的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其中較大的形狀內(nèi)裝著較小的。Hwang解釋道，這種類型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是由科學(xué)家根據(jù)不規(guī)則碎片形劃分的。膠原蛋白不是唯一的不規(guī)則模式(分形模式/圖案)，事實上，這種圖案分布在整個自然界中，例如水系，白云，海濱線和山區(qū)。類似的網(wǎng)絡(luò)甚至發(fā)生在基于光學(xué)的電子學(xué)的光承載納米纖維之間。
為了解釋這種被廣泛觀察到的現(xiàn)象，Hwang發(fā)展了一種理論和計算模型，用于網(wǎng)絡(luò)形成的過程，讓他準(zhǔn)確地預(yù)測和模擬該網(wǎng)絡(luò)的生長過程。Hwang對膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型的測試，借助計算機(jī)程序，他開發(fā)出一種叫做CAFé的技術(shù)，(Hwang借助一種叫做CAFé的計算機(jī)程序，對膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型的測試)或稱為計算機(jī)輔助特征提取。Hwang解釋說，CAFE可以識別復(fù)雜的膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)圖像的單個纖維。
通過結(jié)合模型和CAFé，使得這種方法變得可靠。Hwang說，為了準(zhǔn)確區(qū)分略有不同實驗條件下形成的不同網(wǎng)絡(luò)，類似于區(qū)分兩幅看起來很像實際上有細(xì)微差異的畫。這是科學(xué)家們努力理解膠原蛋白和它的多功能性的一個重要里程碑。
“有了這個程序(CAFé)，我們可以測量復(fù)雜圖像中的纖維長度和方向，” Hwang說?！斑@個很重要，因為一旦我們有這方面的量化信息，我們可以用模擬實驗直接比較。我們可以模擬一個真正的膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)?！?br/>
“當(dāng)涉及到膠原蛋白的形成時，我們需要了解其在分子水平上發(fā)生了什么，以及我們需要能夠在可測量的方式，定量中做到這一點，以更好地了解膠原蛋白的生長和分化。這個指導(dǎo)框架導(dǎo)致膠原蛋白增長的理論，以及驗證由CAFE計劃提供的模擬實驗，幫助實現(xiàn)這一目標(biāo)?！?/p>
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