《细胞》文章强调：骨髓间充质干细胞分化与物理环境有关

　　

生物通报道：宾夕法尼亚大学研究人员发现一种能够依据其所处的物理环境发育为骨细胞、肌细胞或者神经元等多种组织细胞的成人干细胞。研究细节刊登于8月25日CELL杂志。

 

研究人员发现，存在于骨髓中的骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSC）可以根据其所处环境转化为不同类型组织细胞，是人体细胞再生的一个来源。研究人员甚至可以通过改变培养MSC的凝胶浓度对这些干细胞进行操作。

 

Penn学院工程和应用科学研究部教授Dennis Discher 说：“基本上，MSC可以通过感觉其所处的环境并主动向其感觉的方向发展。此研究成果所建立的理论有助于研究利用干细胞治疗疾病和研究胚胎发育过程中干细胞的功能。”

 

干细胞科学的许多工作都涉及到研究细胞所处化学环境，一般都认为化学传递信号组成的网络指导干细胞的分化。Penn研究小组首次证明物理微环境对指导细胞分化也有举足轻重的作用。论文第一作者、Penn学院工程和应用科学部研究生Adam Engler认为：模仿大脑温和度的微环境（soft microenvironments）会指导MSC朝向神经元分化，模仿肌肉的僵硬的微环境（stiffer microenvironments）会指导MSC朝向即细胞分化，相对硬度的微环境（comparatively rigid microenvironments）会指导细胞朝向骨细胞分化。

 

论文合作者、Penn医学院生理学会主席Lee Sweeney 说：“以前我猜测物理环境会限制干细胞的分化命运时，从来没有想到过它能完全控制细胞的命运。当我看到Adam首次实验的图片时，被物理环境能够独立诱导干细胞分化为神经元或者肌细胞、骨细胞的能力惊呆了！”

 

每个细胞都有其运动所需的细胞骨架和分子马达，间充质干细胞能够根据其用于绕过物体的能力感觉其所在的环境。间充质干细胞所需的能够开启其细胞骨架和分子马达以引发内部化学信号的外力，反过来可以指导细胞的分化。

 

Engler 说：“像我们利用肌肉一样，在肌动蛋白（actin ）和肌浆球蛋白（ myosin）产生的机械力的基础上，细胞骨架利用分子马达运动。去除这些干细胞的肌浆球蛋白，这些细胞就不会对其所在的物理环境做出反应，而只会对化学环境做出反应。”

 

但是受伤条件下或者疾病，细胞所处的物理微环境会改变，使某些利用这些干细胞的治疗遇到困难。比如心脏病发作后，心脏“伤痕累累”，干细胞分化为心肌的能力被削弱了。

 

Discher 说：“心脏病发作后，心脏组织是如此脆弱以至于细胞不能识别诱导其分化为心肌的微环境。我们的研究结果提示：在将干细胞移植到心脏、脊椎或者任何受损的环境之前可以考虑对这些“最初”干细胞进行诱导。（生物通记者 子元）