PNAS新研究揭开了数十年来细胞运动之谜

由明尼苏达大学双子城工程研究人员领导的一项新研究表明，组织中蛋白质纤维的硬度，如胶原蛋白，是控制细胞运动的关键成分。这一突破性的发现为20世纪80年代早期的一个理论提供了第一个证据，并可能对从再生医学到癌症研究的细胞运动领域产生重大影响。

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》(pNAS)上，这是一份同行评议、多学科、高影响力的科学杂志。

细胞定向运动，也就是科学家们所说的“细胞接触引导”，指的是一种现象，即细胞的方向受到软组织内纤维排列的影响。细胞有突出物，几乎像多个小手臂，在组织内移动它们。细胞显然没有眼睛来感知它们的去向，所以研究人员认为，了解它们如何与纤维对齐运动的机制是控制细胞迁移的最后前沿。

罗伯特·特兰奎洛说:“这就像有人把你扔进一个满是水的游泳池里，让你游几圈，然后把灯关掉。”该研究的高级研究员，明尼苏达大学生物医学工程系和化学工程与材料科学系教授。“你会伸出你的胳膊和腿，试图在水中移动，并利用绳子找出正确的方向。”

细胞需要移动的原因有很多。它们必须在发育中的胚胎中移动到正确的位置，才能成为正确的细胞类型。在伤口愈合过程中，皮肤细胞需要有效地进入血凝块，将伤口转化为疤痕。研究表明，当癌细胞从实体肿瘤转移到全身时，它们沿着纤维线移动。近年来，研究人员发现，接触指导是一种潜在的细胞机制，通过这种机制，他们可以使工程组织再生医学再生、修复或替换受损或病变的细胞、器官或组织。

“尽管我们使用细胞接触许多过程在我的实验室工程师指导组织模仿心脏瓣膜和血管,引发的信号一致的细胞运动纤维网络一直不清楚我们所有的这些年中,“安静地说,一个杰出的麦克奈特大学教授。

在这项旨在理解接触指导和改进组织工程的新研究中，特兰奎洛的团队与加州大学欧文分校和加州大学的研究人员合作，在排列整齐的纤维凝胶中，测试纤维在两个不同方向的机械阻力(纤维的硬度)，看看这是否是细胞运动的主要因素，而不是纤维的孔隙率或纤维的粘连(粘性)。

特兰奎洛说:“使用一套我们以前无法使用的特殊工具，我们能够测试我们认为是开发工程组织的‘工作马’的皮肤细胞。”“我们发现，当我们将纤维交联(在交叉点连接它们)，并在两个方向上增加刚度的差异，但保持其他所有因素不变时，细胞排列得更好。这证明了纤维网络机械阻力的方向性差异会影响细胞的方向和运动。”

特兰奎洛说，这是首次有人能够证明接触指导理论的一个主要方面，该理论最早由格雷厄姆·邓恩于1982年在伦敦国王学院提出。

下一步是研究纤维的孔隙度和黏附性，看看它们是否对细胞运动有影响，以及研究其他类型的细胞。

“这只是真正理解细胞如何移动的第一步，”特兰奎洛补充说。“如果我们能更多地了解细胞是如何移动的，这可能会在许多科学领域改变游戏规则。”

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"Cell contact guidance via sensing anisotropy of network mechanical resistance," visit the <a href="https://z.umn.edu/cellmovement" target="_blank" pNAS<a href="https://z.umn.edu/cellmovement" target="_blank"website.