水，能改變干細胞命運

研究發(fā)現，改變細胞體積會(huì )影響細胞的內部動(dòng)態(tài)，如外表面矩陣排列剛度等。對干細胞來(lái)說(shuō)，去除水分，細胞皺縮，干細胞變?yōu)榻┯驳那肮羌毎?。增加水分，細胞膨脹，干細胞變?yōu)槿彳浀那爸炯毎?/span>

很早以前，人們就發(fā)現干細胞會(huì )受周?chē)毎绊?，能根據周?chē)毎|(zhì)硬度來(lái)推斷自己的功能應該是什么。

這項由MIT機械工程系d'Arbeloff助理教授Ming Guo博士和哈佛大學(xué)工程和應用科學(xué)學(xué)院Mallinckrodt物理和應用物理學(xué)教授David Weitz博士領(lǐng)導的研究證實(shí)了天然環(huán)境對干細胞行為和發(fā)育過(guò)程起重要調節作用。

“為我們理解干細胞生物學(xué)對再生醫學(xué)的應用增加了一個(gè)新工具，”共同作者、紐約州立大學(xué)水牛城分?？谇会t學(xué)學(xué)院、口腔生物學(xué)系助理教授Praveen Arany說(shuō)。

“我們開(kāi)始認識到細胞體積和細胞水含量對其生理功能和機械性能的重要性，”郭博士說(shuō)，他曾是Weitz博士的研究生。

骨頭和脂肪只有一線(xiàn)之隔

在細胞的一生中，體積變化不僅頻繁且受高度調節，生長(cháng)時(shí)體積增加，分裂時(shí)體積減少。這項研究zui初是為了了解體積對細胞特性和功能的影響。

體積變化是細胞內蛋白質(zhì)、DNA等物質(zhì)數量變化的結果，盡管大部分這些物質(zhì)都是保持不變的。通過(guò)吸收或釋放水，細胞明顯而快速地經(jīng)歷著(zhù)膨大和縮小的變化。

減少或增加細胞20%含水量，研究人員發(fā)現，細胞內部也經(jīng)歷了一些變化，如基因表達和剛度等。

已知細胞剛度影響干細胞發(fā)育，研究人員開(kāi)始懷疑細胞體積是否也會(huì )影響干細胞命運。

為了測試這個(gè)猜測，研究人員首先把正常體積的干細胞放在硬化的水凝膠基質(zhì)上，一周后，大部分干細胞都發(fā)育成了前骨細胞（pre-bone cells）。

用軟化水凝膠基質(zhì)重復實(shí)驗，前骨細胞數量明顯下降。但是，當研究人員把細胞含水量下調20%后，躺在軟化水凝膠基質(zhì)上的干細胞決定增加前骨細胞分化數量。

研究人員又使用更硬的玻璃作為干細胞培養基質(zhì)，結果是極少有細胞發(fā)育成前脂肪細胞（pre-fat cells），通過(guò)提高20%含水量，細胞體積增大后，脂肪細胞的發(fā)育出現高漲。

“這是一個(gè)令人吃驚的觀(guān)察結果，細胞體積通過(guò)影響細胞內部剛度，在很大程度上影響了細胞命運，”Weitz說(shuō)。對細胞命運決定來(lái)說(shuō)，人工模擬的實(shí)驗條件與自然環(huán)境壓力應該有類(lèi)似的效果。“這一新發(fā)現可能會(huì )對生物技術(shù)應用起重要作用。”

再生醫學(xué)

干細胞是再生醫學(xué)的前沿哨兵，為研究人員和臨床醫生提供了修復或替換受損組織的基本材料。由于它們具有特化為任意細胞的潛能，因此，具備治療全身上下各類(lèi)組織器官疾病的潛力。例如，已被廣泛應用的骨髓移植就是干細胞治療的一種形式。

了解干細胞分化的原因，將有助研究人員開(kāi)發(fā)影響它們行為的各種方法，zui終新型治療手段。

根據目前研究現狀，已知的可影響干細胞分化的手段包括：細胞剛度、體積等物理信號，藥物、生物物理制劑等化學(xué)物質(zhì)，光、超聲和射頻等等。如今，“水含量”也成為了干細胞誘導分化的可用條件。