人與人之間的距離越近，其交流想法、信息，甚至發(fā)生感染的機會就越高，近日，一篇發(fā)表在國際雜志Cell Stem Cell上題為“Volumetric Compression Induces Intracellular Crowding to Control Intestinal Organoid Growth via Wnt/β-Catenin Signaling”的研究報告中，來自麻省理工學(xué)院等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)，即使是在單個細胞的微觀環(huán)境中，物理擠壓也會增加其細胞間相互作用的機會，這在某種程度上或許會顯著改變細胞的健康和發(fā)育。

這項研究中，研究者發(fā)現(xiàn)，通過物理方式擠壓細胞并擁擠細胞的內(nèi)容物或許有望觸發(fā)細胞，使其比在正常情況下更快地生長和分裂；雖然通過擠壓方式使其生長聽起來有悖常理，但研究者解釋道，擠壓的作用是將細胞的水?dāng)D壓出來，隨著游離水分的減少，蛋白質(zhì)和其它細胞組分會被擠地更近一些，當(dāng)某些特定的蛋白質(zhì)距離非常相近時就會誘發(fā)細胞信號并激活細胞內(nèi)的基因。

在這項最新研究中，研究者發(fā)現(xiàn)，擠壓腸道細胞會觸發(fā)蛋白質(zhì)沿著特殊的信號通路進行聚集，這或許就能幫助細胞維持干細胞樣的狀態(tài)，即一種未分化的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下其能夠迅速生長并分裂成為特殊的細胞，研究者Ming Guo說道，如果通過簡單地擠壓能促進細胞“干性”產(chǎn)生的話，那么其就有望被引導(dǎo)快速建立微型器官，比如人工腸道或結(jié)腸組織等，同時還能幫助理解器官的功能并檢測針對多種疾病的候選藥物的療效。

圖片來源：Yiwei Li

為了研究擠壓作用對細胞的影響，研究人員將多種類型的細胞混合在溶液中，使其凝固成為橡膠狀的水凝膠板，為了擠壓細胞，研究者在水凝膠表面放置了砝碼；研究人員希望能夠?qū)崿F(xiàn)細胞尺寸的顯著變化，而這兩個砝碼可以將細胞的總體積壓縮10%-30%左右；隨后研究者在3-D模式下使用共聚焦顯微鏡來測定單個細胞的形狀在每個樣品被壓縮時是如何發(fā)生變化的，正如他們所期望的那樣，細胞會隨著壓力的增加而縮小，但擠壓是否會影響細胞中的內(nèi)容物呢？為了回答這個問題，研究者首先觀察了細胞中的含水量是否會發(fā)生變化，如果擠壓能將細胞中的水分?jǐn)D出來的話，那么細胞中的水分就會減少而且會變得更硬。

在砝碼放置前后研究者使用光學(xué)鑷子對細胞的硬度進行了測定，他們發(fā)現(xiàn)，細胞確實會隨著壓力的增加而逐漸變硬，而且被擠壓的細胞運動量會減少，說明細胞中的內(nèi)容物比平時更加擁擠了。隨后研究者通過研究觀察了細胞中特定蛋白之間相互作用是否會發(fā)生改變，他們重點對能誘發(fā)Wnt/β-連環(huán)蛋白信號的多種蛋白進行了研究，該信號通路主要參與了細胞生長和細胞“干性”的維持。研究者Guo說道，一般而言，這種途徑被認(rèn)為會促進細胞更像干細胞一樣，如果改變了該通路的活性，癌癥的進展和胚胎的發(fā)育方式或許就會被證明變得非常不同了，因此我們認(rèn)為能利用該通路來闡明細胞之間擁擠的重要性。

為了觀察細胞的擠壓是否會影響Wnt信號通路，以及細胞的生長速度，研究人員培育了類器官（微型器官），在這種情況下，研究者就能從小鼠的腸道組織中收集特殊的細胞簇；Wnt信號通路對于結(jié)腸非常重要，位于人類腸道組織中的細胞能夠持續(xù)不斷更新補充，而Wnt信號對于維持腸道干細胞、產(chǎn)生新細胞并不斷“刷新”腸道內(nèi)壁至關(guān)重要。隨后研究人員在培養(yǎng)皿中培育出了尺寸僅有半毫米大小的腸道類器官，隨后向培養(yǎng)皿中注入聚合物來擠壓類器官，這種聚合物的涌入會增加每個類器官周圍的滲透壓，并迫使水分從細胞中流出，研究者發(fā)現(xiàn)，參與激活Wnt信號通路的特殊蛋白會被擠在一起，并且更有可能聚集在一起來開啟該通絡(luò)的表達及其調(diào)節(jié)生長的基因的表達。

研究者表示，被擠壓的類器官實際上會長得更大且會快速生長，其表面也會擁有比未被擠壓的類器官更多的干細胞；這些差異非常明顯，因此每次當(dāng)研究者施加壓力時，類器官就會生長地更大，且會擁有更多的干細胞；相關(guān)研究結(jié)果揭示了擠壓方式如何影響類器官的生長，此外，研究者還發(fā)現(xiàn)，細胞的行為會根據(jù)其中所含的水分量而發(fā)生改變的。

后期研究人員還計劃通過更為深入的研究來闡明是否能將細胞擠壓作為一種特殊方式，從而加速人工類器官的生長，從而幫助科學(xué)家們來檢測新型個體化藥物。最后研究者Guo說道，這樣一來我就可以用自身的細胞將其轉(zhuǎn)化成為干細胞，從而這些細胞就能進一步發(fā)育成為模擬自身器官功能的肺臟或腸道類器官，隨后我們就能應(yīng)用不同的壓力來旨在具有不同尺寸的類器官，并嘗試進行多種藥物的安全性測試。（生物谷Bioon.com）

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