東京-東京城市大學(xué)的研究人員一直在量化不同批次的間充質(zhì)干細(xì)胞對(duì)環(huán)境機(jī)械剛度的反應(yīng)。他們著眼于某些蛋白質(zhì)如何“定位”在細(xì)胞核中，并發(fā)現(xiàn)了這種蛋白質(zhì)如何隨硬度變化的關(guān)鍵趨勢(shì)。他們的發(fā)現(xiàn)解釋了先前發(fā)現(xiàn)之間的矛盾，并可能指導(dǎo)科學(xué)家如何控制干細(xì)胞的狀態(tài)以進(jìn)行研究和藥物治療。
間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)是重要的“祖細(xì)胞”，可以轉(zhuǎn)化為肌肉，軟骨，骨骼或脂肪細(xì)胞。在2006年，Engler及其同事的開創(chuàng)性工作表明，他們可以通過簡(jiǎn)單地將它們置于具有不同機(jī)械剛度或彈性模量的表面上來控制轉(zhuǎn)化(或“分化”)的細(xì)胞類型。從那時(shí)起，科學(xué)家一直在試圖確切地確定這種情況如何發(fā)生。問題是，盡管該現(xiàn)象是可靠且可重現(xiàn)的，但事實(shí)證明它們對(duì)放置它們的確切環(huán)境非常敏感，即使它們來自哪一批。賭注很高：對(duì)MSC狀態(tài)的可靠控制將意味著更多的研究，甚至是潛在的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
這項(xiàng)搜索激發(fā)了由東京都大學(xué)副教授Hiromi Miyoshi領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)，研究了不同批次的MSC如何響應(yīng)不同的環(huán)境。他們著重研究了MSC中存在的兩種蛋白，YAP蛋白和RUNX2，后者是幫助細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成骨細(xì)胞并最終成為骨骼的材料，它可以幫助細(xì)胞對(duì)機(jī)械環(huán)境做出反應(yīng)。他們研究了不同批次的MSC在其細(xì)胞內(nèi)如何具有不同的YAP和RUNX2分布。對(duì)于他們的“僵硬”環(huán)境，他們選擇了一種特殊設(shè)計(jì)的明膠底物，該底物的再現(xiàn)性比流行的膠原蛋白替代品好得多。
從一開始，他們就發(fā)現(xiàn)批次非常不同。在基本的實(shí)驗(yàn)中，研究了它們?nèi)绾无D(zhuǎn)變?yōu)樵旃腔蛟熘?xì)胞，他們發(fā)現(xiàn)這些批次產(chǎn)生的鈣和脂肪沉積量差異很大。但是當(dāng)談到他們的機(jī)械響應(yīng)行為時(shí)，事實(shí)證明他們并沒有最初想象的那么瘋狂。首先，研究小組發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)的YAP比例(或“定位”)在批次之間以一致的方式變化，并在相同的硬度下達(dá)到平穩(wěn)。對(duì)于RUNX2，盡管定位有所不同，但它們?nèi)匀环€(wěn)定在特定的剛度值(與YAP不同)。即使這樣，RUNX2本地化的趨勢(shì)一直到線性。
有了這種信息，任何人都可以制造出具有特定硬度的凝膠，并主動(dòng)控制間充質(zhì)干細(xì)胞核中YAP / RUNX2的水平。這樣，他們可以調(diào)整細(xì)胞分化的時(shí)間和方式。研究小組希望對(duì)細(xì)胞命運(yùn)的這種新的控制水平將有助于加速對(duì)MSC的研究，并有可能導(dǎo)致治療應(yīng)用。
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