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水,能改變干細(xì)胞命運(yùn)

更新時(shí)間:2017-09-28  |  點(diǎn)擊率:1312

研究發(fā)現(xiàn),改變細(xì)胞體積會(huì)影響細(xì)胞的內(nèi)部動(dòng)態(tài),如外表面矩陣排列剛度等。對(duì)干細(xì)胞來(lái)說(shuō),去除水分,細(xì)胞皺縮,干細(xì)胞變?yōu)榻┯驳那肮羌?xì)胞。增加水分,細(xì)胞膨脹,干細(xì)胞變?yōu)槿彳浀那爸炯?xì)胞。

很早以前,人們就發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞會(huì)受周圍細(xì)胞影響,能根據(jù)周圍細(xì)胞基質(zhì)硬度來(lái)推斷自己的功能應(yīng)該是什么。

這項(xiàng)由MIT機(jī)械工程系d'Arbeloff助理教授Ming Guo博士和哈佛大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院Mallinckrodt物理和應(yīng)用物理學(xué)教授David Weitz博士領(lǐng)導(dǎo)的研究證實(shí)了天然環(huán)境對(duì)干細(xì)胞行為和發(fā)育過(guò)程起重要調(diào)節(jié)作用。

“為我們理解干細(xì)胞生物學(xué)對(duì)再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用增加了一個(gè)新工具,”共同作者、紐約州立大學(xué)水牛城分??谇会t(yī)學(xué)學(xué)院、口腔生物學(xué)系助理教授Praveen Arany說(shuō)。

“我們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到細(xì)胞體積和細(xì)胞水含量對(duì)其生理功能和機(jī)械性能的重要性,”郭博士說(shuō),他曾是Weitz博士的研究生。

骨頭和脂肪只有一線之隔

在細(xì)胞的一生中,體積變化不僅頻繁且受高度調(diào)節(jié),生長(zhǎng)時(shí)體積增加,分裂時(shí)體積減少。這項(xiàng)研究zui初是為了了解體積對(duì)細(xì)胞特性和功能的影響。

體積變化是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA等物質(zhì)數(shù)量變化的結(jié)果,盡管大部分這些物質(zhì)都是保持不變的。通過(guò)吸收或釋放水,細(xì)胞明顯而快速地經(jīng)歷著膨大和縮小的變化。

減少或增加細(xì)胞20%含水量,研究人員發(fā)現(xiàn),細(xì)胞內(nèi)部也經(jīng)歷了一些變化,如基因表達(dá)和剛度等。

已知細(xì)胞剛度影響干細(xì)胞發(fā)育,研究人員開(kāi)始懷疑細(xì)胞體積是否也會(huì)影響干細(xì)胞命運(yùn)。

為了測(cè)試這個(gè)猜測(cè),研究人員首先把正常體積的干細(xì)胞放在硬化的水凝膠基質(zhì)上,一周后,大部分干細(xì)胞都發(fā)育成了前骨細(xì)胞(pre-bone cells)。

用軟化水凝膠基質(zhì)重復(fù)實(shí)驗(yàn),前骨細(xì)胞數(shù)量明顯下降。但是,當(dāng)研究人員把細(xì)胞含水量下調(diào)20%后,躺在軟化水凝膠基質(zhì)上的干細(xì)胞決定增加前骨細(xì)胞分化數(shù)量。

研究人員又使用更硬的玻璃作為干細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì),結(jié)果是極少有細(xì)胞發(fā)育成前脂肪細(xì)胞(pre-fat cells),通過(guò)提高20%含水量,細(xì)胞體積增大后,脂肪細(xì)胞的發(fā)育出現(xiàn)高漲。

“這是一個(gè)令人吃驚的觀察結(jié)果,細(xì)胞體積通過(guò)影響細(xì)胞內(nèi)部剛度,在很大程度上影響了細(xì)胞命運(yùn),”Weitz說(shuō)。對(duì)細(xì)胞命運(yùn)決定來(lái)說(shuō),人工模擬的實(shí)驗(yàn)條件與自然環(huán)境壓力應(yīng)該有類似的效果。“這一新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)生物技術(shù)應(yīng)用起重要作用。”

再生醫(yī)學(xué)

干細(xì)胞是再生醫(yī)學(xué)的前沿哨兵,為研究人員和臨床醫(yī)生提供了修復(fù)或替換受損組織的基本材料。由于它們具有特化為任意細(xì)胞的潛能,因此,具備治療全身上下各類組織器官疾病的潛力。例如,已被廣泛應(yīng)用的骨髓移植就是干細(xì)胞治療的一種形式。

了解干細(xì)胞分化的原因,將有助研究人員開(kāi)發(fā)影響它們行為的各種方法,zui終新型治療手段。

根據(jù)目前研究現(xiàn)狀,已知的可影響干細(xì)胞分化的手段包括:細(xì)胞剛度、體積等物理信號(hào),藥物、生物物理制劑等化學(xué)物質(zhì),光、超聲和射頻等等。如今,“水含量”也成為了干細(xì)胞誘導(dǎo)分化的可用條件。

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