由明尼苏达大学双城分校工程研究人员领导的一项新研究表明，组织中蛋白质纤维(如胶原蛋白)的刚度是控制细胞运动的关键组成部分。这一突破性发现为 1980 年代初期的理论提供了第一个证据，并可能对研究从再生医学到癌症研究的细胞运动的领域产生重大影响。
这项研究发表在国家科学学院院刊美利坚合众国(PNAS)，同行评议，多学科，高影响力的科学期刊的。
定向细胞运动，或科学家所说的“细胞接触引导”，是指当细胞的方向受到软组织内纤维排列的影响时的一种现象。细胞有突起，就像多个小臂一样，可以在组织内移动它们。细胞显然没有眼睛来感知它们的去向，因此研究人员认为了解它们如何将运动与纤维对齐的机制是控制细胞迁移的最后前沿。
“这有点像如果有人把你扔进一个装满水的游泳池里，沿着游泳池的长度排列着数以千计的细绳，让你游几圈——然后关掉灯，”大四学生罗伯特·特兰奎罗说。该研究的研究员和明尼苏达大学生物医学工程系和化学工程与材料科学系的教授。“你会伸出你的胳膊和腿试图在水中移动，并用绳索找出正确的方向。”
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，才能将伤口转化为疤痕。研究表明，当癌细胞从实体瘤迁移到全身时，它们会沿着纤维线移动。近年来，研究人员发现接触引导是潜在的细胞机制，他们可以通过这种机制制造用于再生医学的工程组织，以再生、修复或替换受损或患病的细胞、器官或组织。
“尽管我们在实验室的许多过程中使用细胞接触指导来设计组织以模拟心脏瓣膜和血管，但这些年来我们一直不清楚在对齐的纤维网络中诱导细胞运动的信号，”Tranquillo 说，杰出的麦克奈特大学教授。
在这项旨在了解接触引导和改进组织工程的新研究中，Tranquillo 的团队与加州大学欧文分校和加州大学洛杉矶分校的研究人员合作，测试了两个不同方向的机械阻力(纤维的刚度)对齐纤维的凝胶，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附(粘性)。
“使用我们以前无法使用的一组特殊工具，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，”Tranquillo 说。“我们发现，当我们交联纤维(在交叉点连接它们)并增加两个方向的刚度差异，但保持所有其他因素相同时，细胞排列得更好。这是证据纤维网络机械阻力的方向差异影响细胞取向和运动。”
Tranquillo 说，这是第一次有人能够证明格雷厄姆邓恩于 1982 年在伦敦国王学院首次提出的接触指导理论的一个主要方面。
下一步是研究纤维的孔隙率和粘附性，看看它们是否对细胞运动有影响，以及研究其他细胞类型。
“这只是真正了解细胞如何运动的第一步，”Tranquillo 补充道。“如果我们能更多地了解细胞如何运动，它可能会改变许多科学领域的游戏规则。”
