人與人之間的身體距離越近，交流的機(jī)會(huì)就越高，比如思想、信息，甚至是感染。現(xiàn)麻省理工學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，即使在單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的微觀環(huán)境中，物理擁擠也會(huì)增加相互作用的機(jī)會(huì)，在某種程度上可以顯著改變細(xì)胞的健康和發(fā)育。
在《Cell Stem Cell》雜志上的一篇論文中，研究人員表明，物理擠壓細(xì)胞，擠壓細(xì)胞內(nèi)容物，可以觸發(fā)細(xì)胞比正常情況下更快地生長和分裂。
雖然擠壓某物使其生長聽起來有悖常理，但該團(tuán)隊(duì)有一個(gè)解釋：擠壓的作用是從細(xì)胞中榨出水分。由于水少了，蛋白質(zhì)和其他細(xì)胞成分就緊密地堆積在一起。當(dāng)某些蛋白質(zhì)靠近時(shí)，它們可以觸發(fā)細(xì)胞信號并激活細(xì)胞內(nèi)的基因。
在他們的新研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)擠壓腸道細(xì)胞會(huì)觸發(fā)蛋白質(zhì)沿著特定的信號通路聚集，這可以幫助細(xì)胞維持其干細(xì)胞狀態(tài)，這種未分化狀態(tài)可以快速生長并分裂成更為特殊的細(xì)胞。麻省理工學(xué)院機(jī)械工程副教授 Ming Guo 說，如果細(xì)胞可以簡單地?cái)D壓來促進(jìn)其 “干性”，那么就可以引導(dǎo)它們迅速建立微型器官，例如人工腸或結(jié)腸，它可以被用作了解器官功能和測試各種疾病候選藥物的平臺(tái)，甚至可以作為再生醫(yī)學(xué)的移植。
包裝
為了研究擠壓對細(xì)胞的影響，研究人員將不同類型的細(xì)胞混合在溶液中，這些溶液凝固成橡膠狀的水凝膠板。為了擠壓細(xì)胞，他們在水凝膠的表面放置重量。
“我們想實(shí)現(xiàn)細(xì)胞大小的顯著變化，這兩種重量可以壓縮細(xì)胞大約 10% 到 30% 的總體積，”Guo 解釋說。研究小組使用共焦顯微鏡在三維空間中測量每個(gè)樣本被壓縮時(shí)單個(gè)細(xì)胞的形狀是如何變化的。正如他們所料，細(xì)胞在壓力下收縮。但是擠壓也會(huì)影響細(xì)胞的含量嗎？為了回答這個(gè)問題，研究人員首先觀察細(xì)胞的含水量是否發(fā)生了變化。如果擠壓的作用是從細(xì)胞中擠出水分，研究人員推斷細(xì)胞的水分應(yīng)該少一些，結(jié)果會(huì)更硬。
他們用光鑷（一種基于激光的技術(shù)，研究細(xì)胞內(nèi)部的相互作用），測量了稱重前后細(xì)胞的剛度，并發(fā)現(xiàn)細(xì)胞確實(shí)在壓力下變硬。他們還發(fā)現(xiàn)，被擠壓的細(xì)胞內(nèi)的活動(dòng)減少，這表明它們的內(nèi)容物比平常更為擁擠。
接下來，他們研究了細(xì)胞中某些蛋白質(zhì)之間的相互作用是否在細(xì)胞被擠壓時(shí)發(fā)生了變化。他們集中研究了幾種已知能觸發(fā) Wnt/β-catenin 信號的蛋白質(zhì)，這種信號與細(xì)胞生長和維持 “干性” 有關(guān)。
“一般來說，這種途徑可以使細(xì)胞更像干細(xì)胞，”Guo 說。“如果你改變了這一途徑的活動(dòng)，癌癥的進(jìn)展和胚胎的發(fā)育已經(jīng)被證明是非常不同的。所以我們認(rèn)為我們可以利用這個(gè)途徑來證明細(xì)胞擁擠的重要性。”
“提神” 之路
為了觀察細(xì)胞擠壓是否會(huì)影響 Wnt 通路，以及細(xì)胞生長的速度，研究人員培育了類器官，在本例中，是從小鼠腸道收集的細(xì)胞簇。
“Wnt 途徑在結(jié)腸中尤為重要，”Guo 說。他指出，人類腸道中的細(xì)胞不斷得到補(bǔ)充。Wnt 途徑對于維持腸道干細(xì)胞、產(chǎn)生新細(xì)胞和 “提神” 腸道內(nèi)壁至關(guān)重要。
他和他的同事們在幾個(gè)培養(yǎng)皿中培養(yǎng)出大約半毫米長的類腸道器官，然后在培養(yǎng)皿中注入聚合物來 “擠壓” 類器官。聚合物的涌入增加了每個(gè)有機(jī)物周圍的滲透壓，迫使水從細(xì)胞中流出。研究小組觀察到，隨著 Wnt 基因的聚集，其生長路徑中的蛋白質(zhì)更容易聚集在一起。
結(jié)果是：那些被擠壓的類器官實(shí)際上生長得更大更快，表面上的干細(xì)胞比沒有擠壓的要多。
“差別非常明顯，”Guo 說。“當(dāng)你施壓時(shí)，類器官會(huì)變更大，干細(xì)胞也會(huì)變多，這項(xiàng)研究顯示物理擠壓影響類器官生長，細(xì)胞的行為隨含水多少而改變，這是非常普遍和廣泛的，潛在的影響是深遠(yuǎn)的。”
“以后我們可以施加不同的壓力來制造不同大小的類器官，然后嘗試不同的藥物，我想會(huì)有很多可能性，”Guo 總結(jié)道。
