科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)南加州大學(xué)與加州理工學(xué)院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然·通訊》雜志上發(fā)布重要研究成果，揭示了細(xì)胞密度作為合成組織的重要“推手”，在構(gòu)建多細(xì)胞結(jié)構(gòu)、組織以及器官過(guò)程中的關(guān)鍵作用。該成果將顯著推進(jìn)合成組織研究進(jìn)展。

合成組織在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用潛力巨大，包括但不限于對(duì)藥物和治療方法的測(cè)試，以及為患者提供移植物或移植器官。

此次，團(tuán)隊(duì)使用了兩種經(jīng)過(guò)基因改造的小鼠細(xì)胞——結(jié)締組織細(xì)胞和干細(xì)胞，這些細(xì)胞裝備了一個(gè)合成的細(xì)胞通信系統(tǒng)，即所謂的遺傳回路。該回路建立在團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“synNotch”技術(shù)基礎(chǔ)上。“synNotch”是一種通過(guò)基因工程技術(shù)嵌入細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)傳感器，能夠檢測(cè)外部信號(hào)并激活預(yù)設(shè)的基因表達(dá)。在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)利用“synNotch”可以直觀地觀察到細(xì)胞形成的具體模式。

團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，即使基因完全相同的細(xì)胞也會(huì)產(chǎn)生不同的模式。最初這一點(diǎn)讓人十分困惑，但隨后他們意識(shí)到，細(xì)胞密度正是造成模式差異的原因之一。當(dāng)細(xì)胞密度超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，“synNotch”功能就會(huì)被削弱，從而影響模式的一致性。此外，隨著細(xì)胞增殖，細(xì)胞密度與“synNotch”遺傳回路之間也存在復(fù)雜的交互作用。

團(tuán)隊(duì)為此開發(fā)了一個(gè)計(jì)算模型。該模型能夠準(zhǔn)確地模擬實(shí)際細(xì)胞的行為，對(duì)于理解細(xì)胞密度、增殖速率和信號(hào)傳遞等因素如何協(xié)同工作具有重要意義。

研究還表明，高細(xì)胞密度會(huì)加速“synNotch”及其他普通細(xì)胞表面受體的降解。這表明，細(xì)胞密度可以作為一種廣泛的工具，用于指導(dǎo)工程化或天然存在的細(xì)胞構(gòu)建各種結(jié)構(gòu)、組織和器官。

團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，自然界通過(guò)細(xì)胞密度與遺傳回路的結(jié)合，創(chuàng)造了復(fù)雜的細(xì)胞、組織和器官。現(xiàn)在，人類也可以借鑒這一策略，推動(dòng)對(duì)合成多細(xì)胞結(jié)構(gòu)、組織甚至器官的構(gòu)建，促進(jìn)再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

總編輯圈點(diǎn)

科研人員為實(shí)驗(yàn)細(xì)胞裝備了合成的細(xì)胞通信系統(tǒng)，從而可直觀觀察細(xì)胞形成的具體模式。這也讓一個(gè)奇怪的現(xiàn)象浮出水面——即使基因完全相同，細(xì)胞也會(huì)產(chǎn)生不同模式。原來(lái)，細(xì)胞密度是一項(xiàng)重要因素，其與團(tuán)隊(duì)開發(fā)的遺傳回路之間存在復(fù)雜互動(dòng)。當(dāng)我們搞清楚更多影響細(xì)胞工作的指標(biāo)后，對(duì)如何構(gòu)建新的組織，也就有了更清晰的路線圖。再生醫(yī)學(xué)讓我們步入了重建、再生和制造組織器官的新時(shí)代，但這一切，都要建立在對(duì)細(xì)胞行為的堅(jiān)實(shí)了解之上。