细胞风水：物理和生化线索的统一创造了健康的有机体

　　

经历电化学特化的小鼠胚胎干细胞，标记为细胞核(蓝色)和神经元突起(红色)。

德累斯顿理工大学的新研究小组旨在揭示干细胞在神经和心血管系统的发展和维护过程中如何对机械力和电信号作出反应。

Adele Doyle博士，美国加州大学圣巴巴拉分校助理教授，于2021年7月加入卓越生命物理学群集(PoL)，领导德累斯顿大学干细胞力学生物学研究小组。利用工程学、生物学和计算机科学的方法，她的小组研究分子电路如何使特殊的机械信号传递成为可能。跨学科团队研究干细胞在神经和心血管系统发育过程中如何学会对机械力和电信号作出反应，以及生物物理信号如何影响健康或疾病。Doyle课题组寻求定量的见解，以帮助设计用于神经和血管应用的细胞和再生药物治疗。Doyle实验室位于德累斯顿大学再生治疗中心(CRTD)和德累斯顿系统生物学中心(CSBD)。

生物体内的细胞被物理信号所包围，如机械力、物质特性、电信号和化学信号。根据细胞的功能和周围环境，它们经历不同大小和动力学的不同材料属性和机械力输入。“细胞根据局部生理信号做出可靠决定的能力，在有机体的发育和维持健康过程中至关重要。在疾病期间，正常的生理信号会发生变化，或者细胞会失去对局部生理信号作出适当反应的能力。例如，在癌症的例子中，组织硬度的变化会导致不必要的细胞增殖和运动。细胞感知周围环境物理特性的方式被称为机械信号传导，这个过程还没有被很好地理解，”小组负责人Adele Doyle解释道。

Doyle实验室的目标是帮助细胞和再生医学疗法成为衰弱、慢性疾病患者的标准治疗选择。该团队的专业知识主要集中在神经和心血管系统，他们也关注患者的需求。“最终，我们的目标是将我们的研究转化为临床背景，并将从基础科学研究中获得的见解纳入临床治疗设计。在整个过程的不同阶段，我们喜欢与许多类型的团体合作，包括学术界、工业界和医学界。”

为了研究机械信号如何影响胚胎发育和生物稳态，Adele Doyle和她的研究小组设计了实验方法，在活细胞中进行更精确和敏感的分子测量，并开发新的计算工具来分析实验数据，以模拟细胞如何做出决定。他们还与工程和微制造小组合作，研究受控的物理输入如何影响细胞行为，例如在创伤性脑损伤的情况下。

“我们的研究是在物理科学，如工程和物理，自然科学，如化学和生物，医学和计算机科学之间的界面。我们结合了三个主要方面:技术发展，干细胞及其后代的力学生物学，神经和心血管系统的电原信号，”Doyle博士描述道。“我们的目标是发现物理线索如何触发细胞内部分子回路的变化，以及随后的细胞行为，以及作为学科之间的桥梁。例如，我们发起合作，帮助应用物理学和生物学的工具来解决未解决的医学挑战，并使用数据科学和计算来整合和获取广泛的实验数据集，”Doyle博士补充道。

为了满足这些需要，研究小组和研究所内部和之间的知识和专门知识的顺利转移是至关重要的。生命物理学(PoL)群集形成了学科之间的网络，并致力于这种类型的合作研究。在PoL，科学家们正在培育一个支持从基础科学到应用科学研究的环境。Doyle博士的研究重点是这个跨学科卓越集群的理想人选。德累斯顿有许多生命科学研究机构和充满活力的工业景观，为这些努力提供了理想的条件。

Adele Doyle在美国圣路易斯华盛顿大学获得生物医学工程学士学位。她于2010年获得美国佐治亚理工学院和埃默里大学生物医学工程博士学位。之后赴美国哈佛大学进行博士后研究。自2013年起，她担任神经科学研究所助理研究员和生物工程中心讲师，自2019年起担任美国加州大学圣巴巴拉分校机械工程系助理教授。自2021年7月1日起，在德累斯顿理工大学卓越生命物理学集群领导干细胞力学生物学研究小组。