科技日報記者 張夢然
美國南加州大學(xué)與加州理工學(xué)院聯(lián)合團(tuán)隊在最新一期《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，包括但不限于對藥物和治療方法的測試，以及為患者提供移植物或移植器官。
此次，團(tuán)隊使用了兩種經(jīng)過基因改造的小鼠細(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)隊開發(fā)的“synNotch”技術(shù)基礎(chǔ)上?！皊ynNotch”是一種通過基因工程技術(shù)嵌入細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)傳感器，能夠檢測外部信號并激活預(yù)設(shè)的基因表達(dá)。在實驗中，團(tuán)隊利用“synNotch”可以直觀地觀察到細(xì)胞形成的具體模式。
團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，即使基因完全相同的細(xì)胞也會產(chǎn)生不同的模式。最初這一點讓人十分困惑，但隨后他們意識到，細(xì)胞密度正是造成模式差異的原因之一。當(dāng)細(xì)胞密度超過某個閾值時，“synNotch”功能就會被削弱，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)隊為此開發(fā)了一個計算模型。該模型能夠準(zhǔn)確地模擬實際細(xì)胞的行為，對于理解細(xì)胞密度、增殖速率和信號傳遞等因素如何協(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)隊強(qiáng)調(diào)，自然界通過細(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?，F(xiàn)在，人類也可以借鑒這一策略，推動對合成多細(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
科研人員為實驗細(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。這也讓一個奇怪的現(xiàn)象浮出水面——即使基因完全相同，細(xì)胞也會產(chǎn)生不同模式。原來，細(xì)胞密度是一項重要因素，其與團(tuán)隊開發(fā)的遺傳回路之間存在復(fù)雜互動。當(dāng)我們搞清楚更多影響細(xì)胞工作的指標(biāo)后，對如何構(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代，但這一切，都要建立在對細(xì)胞行為的堅實了解之上。
