我们身体里的细胞每天都在“赶路”——修复伤口、抵御病菌,甚至在癌症中发动转移。传统观点认为,细胞只有在“硬路面”上才能走得快,而柔软的组织(如肺、肝脏)因牵引力不足会让细胞“寸步难行”。
最新研究颠覆了这一认知。10月2日,红星新闻记者从四川大学获悉,近日,南京大学曹毅教授、四川大学魏强教授,以及济南微生态生物医学省实验室顾晓松院士、江春平教授等在Nature Communications发表成果,发现当基底刚度在1.6~2.2千帕之间以1分钟频率快速循环时,细胞迁移速度提升了36倍以上,甚至超过硬基底上的速度。
这种全新迁移模式无需建立前后极性,细胞像“弹簧”一样反复“伸长—回弹”,高效但随机地移动。背后机制是“力失衡”:内部收缩力积累超过外部黏附力,黏着点突然崩解,推动细胞瞬间位移。
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这不仅揭示了生命对动态环境的巧妙适应,也与社会热点息息相关。它或许解释了癌细胞为何能在病灶周边的动态组织中快速扩散,也为组织修复和再生医学提供了新思路。
“魔法地毯”助力细胞极速狂飙
当“赶路”细胞遇上“善变”地面
想象一下,你在操场上跑步,地面结实又有弹性,你跑得又快又稳。但如果让你在松软的沙滩上奔跑,你会不会觉得特别费劲?这就是科学家们的传统认知:细胞在“硬地”上走得快,在“软地”上走不动。
问题是,我们身体里的很多重要器官,比如肺、肝脏和大脑,本来就是柔软的“沙滩”。细胞每天都在这些地方活动,它们难道真的走不动吗?
这个问题困扰了科学家很多年。直到最近,南京大学曹毅教授、四川大学魏强教授团队及其他合作团队,发明了一种特别的“魔法地毯”——光响应水凝胶。只要打开或者关闭灯光,这块“地毯”就能在“硬”和“软”之间来回切换,就好像操场瞬间变成沙滩,又立刻变回操场。
科学家们让细胞站在这块“魔法地毯”上,观察它们会怎么行动,结果出乎意料:当地毯每隔一分钟就从“硬”变“软”,再从“软”变“硬”时,细胞不但能走,还能以比硬地上更快的速度狂奔。
这些细胞不是像平常那样规规矩矩地往前爬,而是展现出一种全新的“旅行方式”:
它们先把身体慢慢拉长,就像一根皮筋被拉伸。突然之间,“啪”地一下,拉伸的一头松开,整个细胞像弹簧一样“回弹”过去。下一次,它们可能换个方向,再来一次“伸长—回弹”。
就这样,细胞靠着不断的“蹦跳”,在软路面上飞快移动。这种动作和平时想象的细胞迁移完全不同,更像是在玩“弹簧跳跳虎”。
细胞内部“拔河比赛”
伤口修复“快车道”,也是癌症转移“帮凶”?
科学家发现,细胞之所以能跳动,是因为体内外的“力量”失去了平衡。
细胞里面有一种小马达一样的结构——力信号蛋白,可以让细胞产生收缩力,就像拉紧皮筋一样。平时,外部的“黏着点”会牢牢把细胞拴在路面上,防止它乱跑。可是当地毯不断“忽硬忽软”时,细胞里的力量积累得越来越大,超过了外部的“拴绳子”。结果,某一端的“拴绳子”突然断掉,细胞就会“嗖”地一下弹出去。
这就是科学家们提出的“力失衡机制”。
这不仅揭示了生命对动态环境的巧妙适应,也与社会热点息息相关。它或许解释了癌细胞为何能在病灶周边的动态组织中快速扩散,也为组织修复和再生医学提供了新思路。
例如,当摔破皮肤时,修复的细胞需要快速赶到伤口。身体组织在这个过程中会产生一些动态的“忽硬忽软”变化,这可能正好给了细胞一条“快车道”。
此外,在一些病变的组织里,比如癌症或者纤维化,组织会变得不稳定,软硬交替。研究提示,癌细胞可能正是利用这种“蹦跳”的方式,加速扩散到全身。
科学家甚至可以利用这种机制设计新的材料,比如人工血管或人工皮肤,让细胞更快“安家”,加速组织修复。
这项研究告诉我们:细胞并不是在“软沙滩”上就没办法走路,而是学会了一种聪明的办法——在动态环境里跳着走。它们不需要明确方向,不需要复杂的前后分工,只要借助环境的节奏,就能在身体里自由探索。
所以,细胞的智慧远超我们的想象。也许每一次心跳、呼吸,都是在为它们的旅行加油打气。