细胞感知并对体内细胞微环境的力学特性作出反应。这些特性的变化发生在包括癌症在内的许多人类病理中，可以引起细胞的异常反应。细胞如何适应这种机械微环境的变化尚不清楚。

德克萨斯A&M大学的一组研究人员正在以一种独特的方式来理解细胞的机械感应——一种感知并对微环境的机械特性做出反应的能力。Tanmay Lele博士是加州大学生物医学工程系、化学工程系和转化医学科学系的教授，他与佛罗里达大学进化生物学家Charles Baer博士合作。他们一起使用实验性细胞进化的方法来理解细胞对受控制力学性能的生物材料的适应。

该实验由来自阿蒂·麦克费林化学工程系的博士生purboja purkayastha和来自德克萨斯农工大学生物医学工程系的技术实验室协调员Kavya pendyala领导。

“在我们的工作之前，我们基本上不知道细胞是否会在受控的机械环境中进化，”Lele说。“我们开始测试这种可能性。”

细胞是几亿年进化的产物，它们对环境的反应——无论是化学的还是机械的——很可能是通过自然选择过程进化而来的。众所周知，化学限制对细胞群体施加选择压力，但细胞环境的力学特性是否构成自然选择的重要因素，以前从未被研究过。

许多类型的动物细胞在不同的机械环境中表现出“表型可塑性”——它们的外观和功能都不同。对于不同力学环境下细胞的可塑性，有两种可能的解释。首先，表现型可能是最佳的，这样一个细胞在每种环境中都没有更好的方式来发挥作用。另外，可塑性可能是一种妥协，这样的表型性状在给定的机械环境中是最佳的，但在其他机械环境中不是最佳的。

该团队的研究表明，细胞机械感应实际上不是最佳的，而是一种权衡。通过结合在可控刚度生物材料上的实验细胞进化，基因组测序，模拟和基因表达分析，该团队表明细胞在来自可控机械刚度生物材料的选择压力下进化。

该团队的研究成果最近发表在《分子生物学与进化》杂志上。

Lele说，实验性细胞进化是更好地理解细胞机械感应机制的一个好方法。

“我们目前正在利用实验性细胞进化来了解具有巨大基因组变异的癌细胞是如何应对改变的机械刚度和肿瘤微环境的其他机械特性的，”Lele说。“此外，细胞可以在体外可控特性的生物材料上进化，这一事实开辟了新的途径，以产生具有最优属性的工程细胞。”

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