Kopf und Gesichts Abnormal Eigenschaften selbst reparieren

Ein Bericht in der Mai -Ausgabe der Zeitschrift Developmental Dynamics zeigt, dass die Biologen von der Tufts University haben , zum ersten Mal , entdeckte eine " selbstkorrigierende " Mechanismus, mit dem sich entwickelnden Organismen erkennen und reparieren Kopf- und Gesichtsfehlbildungen.

Dies ist das erste Mal, dass diese Art der flexiblen , Korrekturprozess wurde streng durch mathematische Modellierung analysiert.

Die Studie zeigt, dass die Entwicklung von Organismen genetisch nicht " fest verdrahtet ", aber das ist der Prozess , anstatt , flexibler und robust. Durch die Verwendung einer Kaulquappe Modell mit einem Satz von vorher festgelegten Bewegungen von Zellen , die in der normalen Gesichtszüge ergeben , zeigten sie, dass Zellgruppen können ihre Form und Position in Beziehung zu anderen Organen zu messen, sowie die Durchführung der erforderlichen Bewegungen und Umbau Funktionen, um für wichtige Anomalien in Muster zu kompensieren.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter , Michael Levin , Ph.D., Direktor des Zentrums für Regenerative und Entwicklungsbiologie in der Schule der Künste und Wissenschaften Tufts University erklärt :



" Eine große Frage ist immer , wie kann komplexe Formen wie das Gesicht oder den ganzen Embryo setzten sich zusammen ? Wir haben festgestellt , dass , wenn wir Defekte im Gesicht experimentell angelegt , bewegen Gesichts-Strukturen um auf verschiedene Weise und meist am Ende in der richtigen Positionen . Dies deutet darauf hin , dass , was das Genom kodiert schließlich ist eine Reihe von dynamischen, flexiblen Verhaltens von dem die Zellen in der Lage sind , um Anpassungen vorzunehmen , um bestimmte komplexe Strukturen aufbauen . Wenn wir erfahren könnte , wie Systeme bioengineer die zuverlässig selbst montiert und repariert Abweichungen die gewünschte Zielform , regenerative Medizin, Robotik, und sogar die Weltraumforschung würde umgewandelt werden. "


Frühere Forschung hatte selbstkorrigierende Mechanismen in anderen embryonalen Prozesse entdeckt , aber nie ins Gesicht. Diese Mechanismen nicht mathematisch analysiert worden , um ein Licht auf genaue Dynamik der Korrekturprozess' zu vergießen.

Führende Forscher, Laura Vandenberg , Ph.D., ein Post-Doc Mitarbeiter am Zentrum für Regenerative und Entwicklungsbiologie , sagte :



" Was wurde aus früheren Studien fehlen - und nach unserer Kenntnis noch nie in einem Tiermodell durchgeführt worden - war es, genau zu verfolgen diese Änderungen im Laufe der Zeit und quantitativ zu vergleichen . "


Eine Analyse wie diese ist für Einblick in welche Informationen wird erstellt und so manipuliert, dass eine komplexe Struktur neu ordnen und sich selbst zu reparieren .

Das Team von Biologen einen Seite der Embryonen abnormal durch Injizieren spezifischen mRNA in einer Zelle im zweizelligen Stadium der Entwicklung , der kraniofazialen Defekten in Xenopus Froschembryonen induziert.

Dann gekennzeichnet Veränderungen der kraniofazialen Strukturen in Bezug auf ihre Form und Position , einschließlich Kiefer , Augen, Kiemenbögen , Ohrkapseln und Riechgruben, indem eine " geometrische morphometrische Analyse " , die die Position von 32 Sehenswürdigkeiten auf Kaulquappen " oben und unten misst Seiten.

Durch die Bilder von Kaulquappen in genauen Abständen , beobachteten die Forscher , dass die kraniofaziale Anomalien ( Störungen ) , insbesondere in den Rachen und Kiemenbögen wurde weniger offensichtlich, wenn die Kaulquappen im Alter . Sie stellten ferner fest , dass die Kaulquappen " Augen- und Nasengewebewurde mehr Zeit normal , auch wenn sie es taten beachten verschiedenen Unterschiede bei der Verwirklichung einer komplett erwarteten Form und Position .

In jedem Tierbaby ist ein normaler Teil der Entwicklung, die Gesichtszüge verändern in Bezug auf ihre Form und Position . Wenn das Tier älter wird, ihre Gesichter länglich und die Augen , Nase und Rachen wachsen in Relation zueinander , obwohl die Bewegung ist in der Regel relativ gering.

Das Team beobachtet jedoch, dass in Kaulquappen mit schweren Missbildungen fand eine größere dramatische Verschiebung in der Gesichts-Strukturen , um diese Fehlbildungen zu reparieren. Sie stellten fest , dass es, als ob sich das System in der Lage, Abweichungen vom Normalzustand erkennen und Korrekturmaßnahmen , die normalerweise nicht stattfinden würde, führen schien .




" Wir waren sehr erstaunt , das zu sehen , lange bevor sie unter Metamorphose und wurde Frösche hatten diese Kaulquappen normal aussehende Gesichter. Stellen Sie sich die Auswirkungen eines Tieres mit einer schweren " Geburtsfehler " , die mit der Zeit allein kann diesen Mangel zu beheben . "


Die Biologen erklären, dass die Ergebnisse waren konsistent mit einem Informationsaustauschverfahren , in dem eine Struktur trianguliert sein Abstand und Winkel von einer stabilen Referenzpunkt. Sie sagen, dass auch wenn noch weitere Studien erforderlich sind, sie schlagen vor, den Austausch von " Pings ", dh Signale, die Informationen zwischen einem " organisierendes Zentrum ", wie das Gehirn und das neuronale Netz und individuelle kraniofazialen Strukturen enthalten .

Die Forscher unterstreichen die Tatsache , dass Geburtsfehler, wie Lippen- Kiefer-Gaumenspalte und Mikrophthalmie betreffen mehr als 1 in 600 Geburten. Neue Wege der Korrektur dieser Geburtsfehler , die in die Kategorie der angeborene Fehlbildungen des Gesichtsschädelstrukturengehören möglicherweise beim Menschen durch die Durchführung weiterer Studien auf molekularer Ebene , die mehr Licht auf die "face- Befestigung " Dynamik verlieren würde korrigiert werden.

Levin abgeschlossen :



" Ein solches Verständnis würde enorme Auswirkungen nicht nur für die Reparatur von Geburtsschäden , sondern auch für andere Bereiche der Systembiologie und die Komplexität der Wissenschaft haben . Es könnte uns dabei helfen, Hybrid biotechnologisch Systemen für synthetische oder Regenerationsbiologie , oder ganz künstliche Robotersysteme , die sich selbst reparieren kann nach Beschädigung oder konfigurieren ihre eigene Struktur zu entsprechen ändernden Bedürfnisse in einem komplexen Umfeld . "


Geschrieben von Petra Rattue