人與人之間的身體距離越近，交流的機會就越高，比如思想、信息，甚至是感染。現(xiàn)麻省理工學院和波士頓兒童醫(yī)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，即使在單個細胞內(nèi)的微觀環(huán)境中，物理擁擠也會增加相互作用的機會，在某種程度上可以顯著改變細胞的健康和發(fā)育。

在《Cell Stem Cell》雜志上的一篇論文中，研究人員表明，物理擠壓細胞，擠壓細胞內(nèi)容物，可以觸發(fā)細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，但該團隊有一個解釋：擠壓的作用是從細胞中榨出水分。由于水少了，蛋白質(zhì)和其他細胞成分就緊密地堆積在一起。當某些蛋白質(zhì)靠近時，它們可以觸發(fā)細胞信號并激活細胞內(nèi)的基因。

在他們的新研究中，科學家們發(fā)現(xiàn)擠壓腸道細胞會觸發(fā)蛋白質(zhì)沿著特定的信號通路聚集，這可以幫助細胞維持其干細胞狀態(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胞。麻省理工學院機械工程副教授 Ming Guo 說，如果細胞可以簡單地擠壓來促進其 “干性”，那么就可以引導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，甚至可以作為再生醫(yī)學的移植。

包裝

為了研究擠壓對細胞的影響，研究人員將不同類型的細胞混合在溶液中，這些溶液凝固成橡膠狀的水凝膠板。為了擠壓細胞，他們在水凝膠的表面放置重量。

“我們想實現(xiàn)細胞大小的顯著變化，這兩種重量可以壓縮細胞大約 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樣本被壓縮時單個細胞的形狀是如何變化的。正如他們所料，細胞在壓力下收縮。但是擠壓也會影響細胞的含量嗎？為了回答這個問題，研究人員首先觀察細胞的含水量是否發(fā)生了變化。如果擠壓的作用是從細胞中擠出水分，研究人員推斷細胞的水分應該少一些，結(jié)果會更硬。

他們用光鑷（一種基于激光的技術(shù)，研究細胞內(nèi)部的相互作用），測量了稱重前后細胞的剛度，并發(fā)現(xiàn)細胞確實在壓力下變硬。他們還發(fā)現(xiàn)，被擠壓的細胞內(nèi)的活動減少，這表明它們的內(nèi)容物比平常更為擁擠。

接下來，他們研究了細胞中某些蛋白質(zhì)之間的相互作用是否在細胞被擠壓時發(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)，這種信號與細胞生長和維持 “干性” 有關(guān)。

“一般來說，這種途徑可以使細胞更像干細胞，”Guo 說。“如果你改變了這一途徑的活動，癌癥的進展和胚胎的發(fā)育已經(jīng)被證明是非常不同的。所以我們認為我們可以利用這個途徑來證明細胞擁擠的重要性。”

“提神” 之路

為了觀察細胞擠壓是否會影響 Wnt 通路，以及細胞生長的速度，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，人類腸道中的細胞不斷得到補充。Wnt 途徑對于維持腸道干細胞、產(chǎn)生新細胞和 “提神” 腸道內(nèi)壁至關(guān)重要。

他和他的同事們在幾個培養(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有機物周圍的滲透壓，迫使水從細胞中流出。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際上生長得更大更快，表面上的干細胞比沒有擠壓的要多。

“差別非常明顯，”Guo 說。“當你施壓時，類器官會變更大，干細胞也會變多，這項研究顯示物理擠壓影響類器官生長，細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，我想會有很多可能性，”Guo 總結(jié)道。