改变干细胞核的“海绵”后会发生什么？
在分化过程的不同阶段，细胞核内一个微小的、惰性的珠子的运动。很明显，几天后珠子的流动性更强了。
资料来源:东京都大学
来自东京城市大学的研究人员发现了干细胞核的海绵状和粘性是如何控制它们如何“分化”成特化细胞的。他们发现，细胞核开始时呈固体状，但随着时间的推移，会变得更像液体。传递到细胞内部的力更少，使细胞遵循特定的分化途径。干细胞如何选择和保持分化路径仍然是医学科学的一个关键问题。
我们对生物材料和生命系统的大部分理解是生化的，是连接大量复杂化学物质的错综复杂的通路。然而，迅速兴起的机械生物学领域采用了一种不同的方法，研究活体材料如何对物理刺激做出反应，比如细胞内外的柔软程度。复杂的混合物，如细胞内部，既具有海绵状的固体性质(弹性)，又具有粘性的液体性质(粘性)，从而对材料如何对力作出反应有了更完整的描述。这就是所谓的粘弹性。
同样的道理不仅适用于细胞，也适用于构成细胞的物质。东京都市大学副教授Hiromi Miyoshi领导的一个研究小组一直在观察人类间充质干细胞的细胞核，这种细胞可以成熟(或“分化”)成多种细胞类型，包括肌肉、脂肪、骨骼和软骨。他们将微小的、惰性的珠子引入原子核中，观察到它们在周围环境的热能作用下摆动。研究小组研究了这种运动，并测量了核内部的粘弹性，一种被称为微流变学的方法。该技术给出了储存模量和损耗模量两个量，分别对应材料的弹性和粘度。他们把注意力集中在分化成成骨细胞的细胞核上。这是首次将细胞核的粘弹性贯穿于人类干细胞的整个分化过程。
随着细胞的分化和特化，研究小组发现细胞核变得不那么坚固，而更像液体。当一个实心物质球被戳时，力会直接传递到它的核心。当它的粘性大于弹性时，情况就不同了。随着细胞核变得更像液体，它在分化的过程中越来越不容易受到外力的影响，越来越倾向于选择自己选择的分化路径，即所谓的可塑性(对变化的反应)和内稳态(对变化的抵抗)之间的平衡。通过观察细胞核中DNA的分布，他们发现细胞核粘弹性特性的大部分变化与染色质的聚集有关，染色质是由DNA和蛋白质组成的多组分结构。
很长一段时间以来，人们认为染色质的聚集与某些基因的抑制有关。染色质中的DNA是蛋白质合成的指导手册，染色质的凝结就像把书页粘在一起，使它们无法读懂。现在，该团队的发现表明，它还服务于一个完全不同的目的，小心地调整细胞核对外力的反应，特别是在确保它能够遵循特定的分化路径。他们的发现是一个里程碑，它让我们了解了一个奇妙的系统的复杂运作，这个系统支撑着人体的大部分发育。
10.1096/fj.202100536RR
Intranuclear mesoscale viscoelastic changes during osteoblastic differentiation of human mesenchymal stem cells
