细胞密度关键作用揭示
2024-11-19 科技日报

  科技日报北京11月18日电 (记者张梦然)美国南加州大学与加州理工学院联合团队在最新一期《自然·通讯》杂志上发布重要研究成果,揭示了细胞密度作为合成组织的重要“推手”,在构建多细胞结构、组织以及器官过程中的关键作用。该成果将显著推进合成组织研究进展。

  合成组织在医学上的应用潜力巨大,包括但不限于对药物和治疗方法的测试,以及为患者提供移植物或移植器官。

  此次,团队使用了两种经过基因改造的小鼠细胞——结缔组织细胞和干细胞,这些细胞装备了一个合成的细胞通信系统,即所谓的遗传回路。该回路建立在团队开发的“synNotch”技术基础上。“synNotch”是一种通过基因工程技术嵌入细胞膜的蛋白质传感器,能够检测外部信号并激活预设的基因表达。在实验中,团队利用“synNotch”可以直观地观察到细胞形成的具体模式。

  团队发现,即使基因完全相同的细胞也会产生不同的模式。最初这一点让人十分困惑,但随后他们意识到,细胞密度正是造成模式差异的原因之一。当细胞密度超过某个阈值时,“synNotch”功能就会被削弱,从而影响模式的一致性。此外,随着细胞增殖,细胞密度与“synNotch”遗传回路之间也存在复杂的交互作用。

  团队为此开发了一个计算模型。该模型能够准确地模拟实际细胞的行为,对于理解细胞密度、增殖速率和信号传递等因素如何协同工作具有重要意义。

  研究还表明,高细胞密度会加速“synNotch”及其他普通细胞表面受体的降解。这表明,细胞密度可以作为一种广泛的工具,用于指导工程化或天然存在的细胞构建各种结构、组织和器官。

  团队强调,自然界通过细胞密度与遗传回路的结合,创造了复杂的细胞、组织和器官。现在,人类也可以借鉴这一策略,推动对合成多细胞结构、组织甚至器官的构建,促进再生医学的发展。

  【总编辑圈点】

  科研人员为实验细胞装备了合成的细胞通信系统,从而可直观观察细胞形成的具体模式。这也让一个奇怪的现象浮出水面——即使基因完全相同,细胞也会产生不同模式。原来,细胞密度是一项重要因素,其与团队开发的遗传回路之间存在复杂互动。当我们搞清楚更多影响细胞工作的指标后,对如何构建新的组织,也就有了更清晰的路线图。再生医学让我们步入了重建、再生和制造组织器官的新时代,但这一切,都要建立在对细胞行为的坚实了解之上。

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