近日，南京大學(xué)教授曹毅、四川大學(xué)教授魏強(qiáng)以及合作者在《自然-通訊》上發(fā)表研究成果。研究深入探討了動(dòng)態(tài)剛度增強(qiáng)細(xì)胞力所帶來的功能性影響，發(fā)現(xiàn)快速循環(huán)剛度變化能讓細(xì)胞在原本無法移動(dòng)的軟基底上實(shí)現(xiàn)高速遷移。這種獨(dú)特的適應(yīng)性無需細(xì)胞建立極性，也無需傳統(tǒng)間充質(zhì)遷移所需的黏著斑力化學(xué)更新。
團(tuán)隊(duì)建立的理論模型充分考慮了動(dòng)態(tài)條件下的力失衡機(jī)制，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)細(xì)胞的遷移速度及形態(tài)演變。這項(xiàng)研究突顯了細(xì)胞在動(dòng)態(tài)力學(xué)環(huán)境中自主遷移的內(nèi)在能力，對(duì)于理解細(xì)胞在動(dòng)態(tài)生理或病理?xiàng)l件下的行為至關(guān)重要。
研究過程中，團(tuán)隊(duì)利用其開發(fā)的光響應(yīng)水凝膠構(gòu)建了可精確調(diào)控的動(dòng)態(tài)力學(xué)環(huán)境。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基底剛度在1.6千帕和2.2千帕之間以1分鐘的間隔快速循環(huán)時(shí)，細(xì)胞的遷移速度提升了超過36倍，甚至超過了在13.0千帕靜態(tài)剛性基底上的傳統(tǒng)遷移速度，這顛覆了“細(xì)胞在軟基底上難以遷移”的傳統(tǒng)認(rèn)知。與傳統(tǒng)的、具有明確方向的間充質(zhì)遷移不同，細(xì)胞在動(dòng)態(tài)軟基底上展現(xiàn)出獨(dú)特的“伸長-回彈”行為。這種遷移模式無需細(xì)胞建立極性，表現(xiàn)出高效但無固定方向的“探索式”運(yùn)動(dòng)。
前期研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)剛度循環(huán)可導(dǎo)致力信號(hào)蛋白的積累，從而增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)部收縮力，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞伸展。而這項(xiàng)研究進(jìn)一步揭示，這種內(nèi)部收縮力的快速增長打破了細(xì)胞內(nèi)外的力平衡。當(dāng)內(nèi)部收縮力持續(xù)超過外部黏附力時(shí)，細(xì)胞一側(cè)黏著斑全部崩解，使細(xì)胞體迅速“回彈”完成位移。這種由動(dòng)態(tài)剛度誘導(dǎo)的“力失衡”是驅(qū)動(dòng)遷移的核心機(jī)制。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，當(dāng)通過增強(qiáng)黏附或抑制收縮來“修復(fù)”力失衡后，細(xì)胞的快速遷移現(xiàn)象隨之消失，有力證實(shí)了該機(jī)制的正確性。
這項(xiàng)研究不僅發(fā)現(xiàn)了一種全新的細(xì)胞遷移模式，還深化了對(duì)細(xì)胞力學(xué)感知機(jī)制的理解，表明細(xì)胞能巧妙利用環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化來克服靜態(tài)限制。在生理層面，這種“探索-穩(wěn)定”的遷移模式有助于細(xì)胞在體內(nèi)快速探索微環(huán)境，如在組織修復(fù)時(shí)迅速離開損傷區(qū)域并“定居”于穩(wěn)定環(huán)境。然而，在病理狀態(tài)下，該機(jī)制也可能被癌細(xì)胞等“利用”，在力學(xué)穩(wěn)態(tài)被破壞的組織中（如癌癥或纖維化），使其獲得超強(qiáng)的遷移能力，從而增加侵襲和轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。
該系列研究系統(tǒng)闡明了細(xì)胞整合動(dòng)態(tài)力學(xué)信號(hào)的完整路徑，為細(xì)胞生物學(xué)和力學(xué)領(lǐng)域開辟了新方向，也為開發(fā)新型生物材料、設(shè)計(jì)組織工程策略及干預(yù)疾病進(jìn)展提供了重要的理論基礎(chǔ)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63854-9
本文鏈接：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在動(dòng)態(tài)基質(zhì)中的新型高速遷移模式http://www.sq15.cn/show-11-27306-0.html
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