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胡丹和蔡申瓯教授在PLoS Biology发表封面文章:关于血管剪裁与循环系统的效率研究

动物的身体组织需要不停的从循环系统得到氧气和营养物质,用来满足其生长发育和发挥功能的需要,同时也需要循环系统持续的带走代谢过程产生的二氧化碳等废物。在大脑等重要的器官中,畸形的血管网络会严重的影响这些器官的功能。因此,理解循环系统形成、发育以及稳定存在的机理有着重要的意义。

在自然科学研究院胡丹特别研究员和蔡申瓯教授同中科院上海生命科学院神经科学研究所陈奇博士和杜久林研究员等人共同发表于PLoS Biology的工作中,对这些机制的理解取得了重要的进展。该工作通过实验表明,在斑马鱼发育的初期, 斑马鱼中脑内的血管数目会随时间逐渐增加,然而令人惊讶的是有些前期形成的血管会逐渐变小并最终消失,这一现象被称为血管剪裁。伴随着这一血管剪裁过程,中脑内血管网络的圈逐渐变少。

为了解释这一现象,胡丹特别研究员和蔡申瓯教授应用血管的自适应生长模型来预测可能消失的血管。在这一模型中,当血管内血流所产生的管壁剪切力较大时,血管直径增加,反之则血管直径会减小。这一自适应生长过程本身具有的动力学性质允许网络中的部分血管逐渐变小并最终被剪裁。他们用实验中观察到的前一阶段的血管的直径、长度和连接关系作为初值,并用自适应生长模型进行模拟,并将观测到的剪裁结果与后一阶段的实验结果进行对比。对比的结果表明,发生剪裁的血管基本上都能被模型预测到,而少数未被预测到的结果是由于受到了其他新生血管的影响。这揭示了血管剪裁的机制是血管自适应生长的动力学性质所确定的。

伴随着血管的自适应生长,可以在一定意义下说明血管输运血液和维持血管以及血细胞活性等所消耗的能量将随之减少。因此以上结果也表明,血管剪裁的更高层次的机制是为了优化血管网络,使之变得更有效。

该工作被特选为PLoS Biology封面文章作简介(PLoS Biology 2012, e1001375),被Nature Research Highlight(Nature 2012, 488:560)报道,被F1000选为必读文章。

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发育中的脑血管网络,其中箭头标记的部分将被剪裁。</p