細胞密度關鍵作用揭示

科技日報北京11月18日電 （記者張夢然）美國南加州大學與加州理工學院聯合團隊在最新一期《自然·通訊》雜誌上發佈重要研究成果，揭示了細胞密度作為合成組織的重要“推手”，在構建多細胞結構、組織以及器官過程中的關鍵作用。該成果將顯著推進合成組織研究進展。

合成組織在醫學上的應用潛力巨大，包括但不限於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，團隊使用了兩種經過基因改造的小鼠細胞——結締組織細胞和幹細胞，這些細胞裝備了一個合成的細胞通信系統，即所謂的遺傳回路。該回路建立在團隊開發的“synNotch”技術基礎上。“synNotch”是一種通過基因工程技術嵌入細胞膜的蛋白質傳感器，能夠檢測外部信號並激活預設的基因表達。在實驗中，團隊利用“synNotch”可以直觀地觀察到細胞形成的具體模式。

團隊發現，即使基因完全相同的細胞也會產生不同的模式。最初這一點讓人十分困惑，但隨後他們意識到，細胞密度正是造成模式差異的原因之一。當細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，隨着細胞增殖，細胞密度與“synNotch”遺傳回路之間也存在複雜的交互作用。

團隊為此開發了一個計算模型。該模型能夠準確地模擬實際細胞的行為，對於理解細胞密度、增殖速率和信號傳遞等因素如何協同工作具有重要意義。

研究還表明，高細胞密度會加速“synNotch”及其他普通細胞表面受體的降解。這表明，細胞密度可以作為一種廣泛的工具，用於指導工程化或天然存在的細胞構建各種結構、組織和器官。

團隊強調，自然界通過細胞密度與遺傳回路的結合，創造了複雜的細胞、組織和器官。現在，人類也可以借鑑這一策略，推動對合成多細胞結構、組織甚至器官的構建，促進再生醫學的發展。

【總編輯圈點】

科研人員為實驗細胞裝備了合成的細胞通信系統，從而可直觀觀察細胞形成的具體模式。這也讓一個奇怪的現象浮出水面——即使基因完全相同，細胞也會產生不同模式。原來，細胞密度是一項重要因素，其與團隊開發的遺傳回路之間存在複雜互動。當我們搞清楚更多影響細胞工作的指標後，對如何構建新的組織，也就有了更清晰的路線圖。再生醫學讓我們步入了重建、再生和製造組織器官的新時代，但這一切，都要建立在對細胞行為的堅實瞭解之上。