《PNAS》软基质上的细胞行为引发了生物学的范式转变

　　

图尔库大学和图尔库生物科学中心的一个研究小组与芬兰的Misvik生物有限公司一起开发了一种新方法，用于研究癌细胞在较软和较硬的组织环境中如何发挥作用。这一见解挑战了现有的范式，为癌症生物学和组织工程的研究开辟了新的可能性。

这篇文章主要探讨了细胞外基质（ECM）的成分和物理性质如何影响细胞的行为和机械感知信号传递。通过研究不同的ECM组合和基质刚度对细胞铺展和粘附信号的影响，作者提出了一种模型，即增加细胞-基质连接的数量（通过提供定义的ECM组合）可以支持细胞在柔软的基质上的铺展。文章还讨论了这些发现对软组织中细胞行为机制的见解。

长期以来，人们一直认为体外细胞更喜欢在更坚硬的表面上扩散和生长。这类似于我们走在水泥人行道上(非常坚硬)，发现它比走在泥地上(非常柔软)更可取。因此，为了研究目的，包括干细胞在内的细胞在非常坚硬的塑料或玻璃上持续培养。这个想法也与癌细胞在组织中形成的硬块中茁壮成长产生了共鸣。通常，肿瘤越硬，病人的预后就越差。然而，我们身体组织(例如，骨骼和大脑)的硬度是不一样的。事实上，一些细胞，如神经元和脂肪细胞，在非常柔软的环境中生长和有效地发挥作用。

来自图尔库大学和图尔库生物科学中心的研究小组与芬兰图尔库的一家生物技术公司Misvik生物有限公司合作，了解细胞如何在较软的环境中发挥作用，以及如何在人体外更好地模拟这些细胞。他们使用计算模型和大量的生长条件，以前所未有的分辨率仔细比较了软表面和硬表面上的细胞行为。

旧观点的新观点

研究人员使用一台自动化机器，在柔软和坚硬的表面上微印不同的蛋白质混合物。所选择的蛋白质是那些通常围绕在体内细胞周围并提供组织环境的纹理和信息的蛋白质。

“通过在细胞培养中使用更多样化的蛋白质混合物，我们开始更接近身体外的生理相关环境，我们可以更有效地模拟患病和健康状态，”来自InFLAMES研究旗舰的James Conway博士说。

“我们有一个特定的系统，可以将不同的蛋白质混合物微接触打印到培养板上，并决定看看我们如何扩展该系统。一旦Turku Bioscience的研究人员有了这个想法，我们就可以直接在不同硬度的水凝胶上使用该系统，”Misvik公司的首席执行官Juha Rantala解释说，该公司是该项目的主要合作伙伴。

通过共同努力，该团队证明了蛋白质的正确组合可以支持软表面上的细胞，提供关键的生存线索，导致细胞生长类似于在较硬的表面上观察到的。

“这些发现揭示了机械生物学的一个基本的新视角。我们已经确定了一种机制，通过这种机制，我们可以解释细胞如何在软基质上有效地粘附、起作用和发出信号。这一见解挑战了现有的范式，为癌症生物学和组织工程研究开辟了新的可能性，”该项目的首席研究员Johanna Ivaska教授指出。

这项研究的结果已经发表在著名的《美国科学院院刊》上。

Defined extracellular matrix compositions support stiffness-insensitive cell spreading and adhesion signaling