CNIC发表在《科学进展》杂志上的一项研究提供了一种新的方法来理解细胞如何对来自环境的机械信号做出反应,重新定义了对这种关系的理解细胞与其物理环境之间的关系。
乍一看,记忆泡沫床垫似乎与细胞和组织的行为没有关系。但是在马德里的心血管研究中心(CNIC)进行的一项创新研究表明,粘弹性——一种材料被压缩然后恢复其原始形态的能力,比如记忆泡沫——是生物组织中很少被探索的特性,它对正确的细胞功能至关重要。
研究负责人Jorge Alegre-Cebollada博士是CNIC心血管系统分子力学实验室的负责人,他解释说,正常的细胞功能需要生化和机械信号。机械生物学是研究细胞如何识别和响应其周围环境的机械特性的科学。在产生机械信号的过程中,最重要的因素之一是细胞外基质(ECM),这是一种蛋白质网络,它像胶水一样将细胞粘在一起,从而帮助形成和定义组织。
ECM通过其机械特性影响细胞活动,调节迁移、增殖和分化。例如,ECM刚性的改变与冠状动脉疾病、胰腺癌和乳腺癌的进展有关。然而,科学家们仍然不能完全理解细胞是如何同时对不同的机械特性做出反应的,比如刚性和粘弹性,尤其是在主要是刚性的环境中。
发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的这项新研究表明,组织粘弹性在细胞内稳态中起着至关重要的作用。细胞内稳态是指细胞维持内部平衡以正常运作的能力。
在这项研究中,cnic领导的研究小组使用新开发的生物材料和计算模型来阐明细胞如何响应粘弹性力。
研究表明,到目前为止,ECM的粘弹性还很少被研究,它可以调节细胞对机械刺激做出反应所需的时间。
该研究的第一作者卡拉博士Huerta-López解释说,“就像记忆泡沫床垫每天早上我们起床后需要时间恢复形状一样,细胞和组织也需要时间从机械刺激中恢复过来,比如有力的握手或敲敲。”组织对机械变化做出反应所需的时间由粘弹性决定。”
在这项研究中,CNIC团队开发了基于蛋白质的生物材料来模仿ECM的机械行为。
利用这些生物材料,作者发现了一种令人惊讶的机制,通过这种机制,ECM的粘弹性超过了刚性感。
根据研究人员的说法,这些发现与目前的模型相矛盾,并为细胞如何对ECM的机械特性做出反应提供了新的解释。
由于科学、创新和大学部、欧洲研究理事会(ERC)和马德里社区通过跨学科联盟Tec4Bio-CM提供的资金,这项研究得以实现。值得注意的是,Tec4Bio-CM的四位主要研究人员直接参与了CNIC, ICMM-CSIC和马德里理工大学的这项工作的发展。