为了执行任务，数十亿个细胞是如何通信的？细胞通过运动对周围环境施加作用力，并以此进行交流。他们作为一个小组，以渗透到他们的环境，执行伤口愈合等。他们感觉到周围环境的僵硬或柔软，这有助于他们连接和组织他们的集体努力。但是，当细胞之间的联系被破坏时，就会出现类似癌症发生的情况。

哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所助理教授阿明·杜斯特莫哈马迪（Amin Doostmohammadi）在一个跨学科项目中研究了细胞运动和联系的机制，与法国、澳大利亚和新加坡的生物物理学家合作，使用计算机建模和生物实验。这一结果现在发表在《自然材料》杂志上，阿明·杜斯特莫哈马迪解释说：“我们需要了解细胞如何在单个细胞水平上将这种“感知知识”转化为集体水平上的行动。这仍然是生物学中的一个黑匣子——细胞如何与它们的邻居交谈并作为一个整体来运作？“

周围组织的力量决定了细胞的行为

单个细胞有一种收缩的运动模式：它们拉着它们所在的表面向前移动。然而，排列在我们身体的空腔和表面的细胞，如血管管或器官表面的细胞，能够产生伸展力。他们做的恰恰相反，他们伸展而不是收缩——他们与邻居形成了牢固的联系。当收缩细胞与邻近细胞接触时，它们能够转变为伸展细胞。例如，当收缩细胞感觉到一个空洞或一个空白时，比如当伤口出现时，它们可以放松细胞间的联系，变得更加独立，当伤口愈合时，它们会再次与周围的细胞形成牢固的联系，变得可伸展，合拢缝隙，可以这么说。

减弱的细胞连接可能是癌症发生的标志

细胞通过粘附连接与相邻细胞相连。它们将内部细胞骨架相互连接，并能够通过强大的接触传递力量。”所以我们问自己，如果我们禁止细胞产生这种强连接，会发生什么？结果是，伸展的，强连接的细胞变成了收缩的，连接较弱的细胞。这很重要，因为失去这种接触是癌症发生的标志。失去联系的细胞开始更多地表现为个体，并能够渗透到周围环境中。这一过程在胚胎发育时也会发生，但这里的关键区别在于，当健康细胞达到它们的目标时，比如形成一个器官，它们就会回到原来的形态。癌细胞不会。“它们是在一条单行道上，”阿明·杜斯特莫哈马迪说。

细胞的基本行为和反应是由环境和通讯决定的

细胞如何“决定”何时从一种形式转变为另一种形式是一个复杂的混合体，它对环境的反应，它的化学成分的变化，组织的机械硬度或柔软度——细胞中的许多蛋白质也参与了这个过程。这项研究的关键发现是，这种对环境的反应是不断变化的：细胞——环境和细胞——细胞之间存在着持续的串扰，而这正是决定细胞行为和反应的因素。

癌症的治疗是否在细胞力学这一新理解的范围内

“当我们谈论像癌症这样的严重而复杂的疾病时，我们必须始终小心，”阿明·杜斯特莫哈马迪说但我们可以说，这项研究使我们更进一步了解细胞行为的基本机制，当细胞从正常行为转变为侵袭性的癌细胞行为时。因此，这项研究提出的一个大问题是，我们是否能够通过某种形式的治疗或治疗来瞄准细胞的力学机制，而不是瞄准细胞本身的DNA或化学成分？我们能瞄准环境而不是细胞吗？这是一项基础研究，将物理学和生物学联系起来，研究细胞行为的机制，基于他们对周围环境的感知和反应，并协调他们的努力——我们对这一点的进一步了解很可能会导致新的疗法，目前正在进行初步的试验。”

Journal Reference:

Lakshmi Balasubramaniam, Amin Doostmohammadi, Thuan Beng Saw, Gautham Hari Narayana Sankara Narayana, Romain Mueller, Tien Dang, Minnah Thomas, Shafali Gupta, Surabhi Sonam, Alpha S. Yap, Yusuke Toyama, René-Marc Mège, Julia M. Yeomans, Benoît Ladoux. Author Correction: Investigating the nature of active forces in tissues reveals how contractile cells can form extensile monolayers. Nature Materials, 2021; DOI: 10.1038/s41563-021-00974-9