如果將特定類型的活細(xì)胞涂布在顯微鏡載玻片上，細(xì)胞會在玻片上緩緩移動(dòng)，找到它們的鄰居，自組裝成為簡單原始的組織。斯坦福大學(xué)的新研究能解釋這一現(xiàn)象，并能幫助人們理解復(fù)雜生物體的機(jī)械力結(jié)構(gòu)和行為。

化學(xué)工程師Alexander Dunn博士和斯坦福大學(xué)的一個(gè)跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)，對活細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間的機(jī)械力作用進(jìn)行了監(jiān)測和觀察，文章發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences雜志上。

有關(guān)細(xì)胞間化學(xué)信號傳導(dǎo)的研究數(shù)據(jù)很多，“細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)機(jī)械力作用機(jī)制，是人們了解細(xì)胞形成組織、器官和機(jī)體的一個(gè)巨大障礙，”Dunn說。

通過一種新機(jī)械力感應(yīng)技術(shù)，Dunn及其團(tuán)隊(duì)能夠確實(shí)看到活細(xì)胞內(nèi)的機(jī)械力作用，來了解細(xì)胞如何相互，以及單獨(dú)細(xì)胞如何在組織中控制自身形狀和運(yùn)動(dòng)。揭開這一機(jī)制的神秘面紗，將有助于人們對多種生物學(xué)事件的理解，包括從組織和腫瘤的形成和生長，到形成整個(gè)復(fù)雜有機(jī)體。

細(xì)胞就像一個(gè)充滿鹽水的氣球，Dunn解釋道。一種特殊蛋白鈣粘蛋白cadherin橫穿細(xì)胞膜，在細(xì)胞外將細(xì)胞與其鄰居們連接起來，Cadherin中的-herin的詞根就是粘附的意思。在細(xì)胞內(nèi)，鈣粘蛋白與肌動(dòng)蛋白actin和肌球蛋白myosin的長纖維相連。肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白一同起作用，就像細(xì)胞的肌肉，為細(xì)胞形態(tài)維持和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)提供所需張力。

鈣粘蛋白和肌動(dòng)蛋白通過catenin連接素相互連接，但細(xì)胞何時(shí)何地以何種方式使用它們的肌肉（肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白）拉動(dòng)鈣粘蛋白呢?這是機(jī)體發(fā)育的重要問題，因?yàn)榧?xì)胞生長、分裂和在組織中遷移時(shí)，必須控制自身形態(tài)并保持與其他細(xì)胞的粘附。Dunn及其同事發(fā)現(xiàn)，actin-catenin-cadherin的蛋白組合在細(xì)胞內(nèi)傳遞機(jī)械力，并且鈣粘蛋白還能在細(xì)胞間傳遞機(jī)械力。

這種機(jī)械力的交流模式，就像提線木偶的提線。Dunn和該領(lǐng)域其他科學(xué)家相信，這些機(jī)械力對細(xì)胞非常重要，幫助細(xì)胞在組織中定位、分裂并在組織達(dá)到合適形態(tài)時(shí)停止分裂。

“起初這只是一種理論，”Dunn說。“現(xiàn)在我們的研究證明細(xì)胞間機(jī)械力的確可以進(jìn)行傳遞。這一理論是可行的。”

研究人員的研究工具包括：培養(yǎng)的犬類腎臟細(xì)胞、水母和蜘蛛絲的DNA以及微小的玻璃針。他們通過一個(gè)精妙的分子力感應(yīng)器來檢測細(xì)胞間的機(jī)械力，這種感應(yīng)器結(jié)合了水母的熒光蛋白和蜘蛛絲的彈力蛋白。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)通過開關(guān)肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白和連接素的活性，證實(shí)這些蛋白的確連接在一起，并且是細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間機(jī)械力傳遞的中心。

zui后，研究人員用微型玻璃針頭對連接在一起的細(xì)胞施以機(jī)械力，發(fā)現(xiàn)這一機(jī)械力通過鈣粘蛋白傳遞到了其他細(xì)胞。

研究人員將該傳感器的基因整合到細(xì)胞DNA中。感應(yīng)器感應(yīng)到的張力不同，細(xì)胞發(fā)光的顏色也不同。在本研究中，力感應(yīng)器被插入到鈣粘蛋白分子中，當(dāng)?shù)鞍追肿邮艿綇埩r(shí)，感應(yīng)器就會感應(yīng)到。