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研究人员探究空间限制及生长诱导压力（GIP）对生物的影响，发现其在生理和病理过程中作用关键，意义重大。
在奇妙的生命世界里，细胞的生存环境可谓千差万别，而空间限制就是其中一个极为重要的影响因素。就像大树的根系在土壤中努力生长，肿瘤细胞在器官内疯狂增殖，这些场景中，细胞都面临着空间的限制，进而产生一种特殊的压力 —— 生长诱导压力（Growth-Induced Pressure，GIP） 。然而，一直以来，人们对拉伸应力的研究较为深入，相比之下，GIP 的研究却因为技术手段的限制而进展缓慢。而且，拉伸应力的作用大多局限于动物细胞，而 GIP 对从植物到动物细胞等所有生物的影响却十分广泛，却鲜为人知。为了深入了解这一神秘的领域，来自法国图卢兹大学（Universite de Toulouse）、法国国家科学研究中心（CNRS）下属 LAAS-CNRS 的 Morgan Delarue 开展了相关研究，其成果发表在《npj Biological Physics and Mechanics》上。这一研究对于揭示生命过程中的奥秘，以及攻克疾病难题具有重要意义。
研究人员主要通过对植物、微生物和动物细胞在不同空间限制条件下的生长情况进行观察和分析来开展研究。在研究过程中，利用了水凝胶包埋和微系统限制小室等技术手段来模拟细胞的受限生长环境，同时结合了多种生物学和物理学方法来检测细胞的各种生理变化。
研究结果如下：
- GIP 是生物生理的自然组成部分：植物发育过程中，树根在土壤中生长，能产生高达 MPa 级别的机械应力，足以破坏 GPa 级别的混凝土，参与生物侵蚀。在拟南芥的根尖，GIP 与器官发生密切相关，它能导致核压实，使细胞增殖停滞，从而确定新生器官的边界 。微生物在土壤、多孔环境以及生物体内都能产生 GIP。在生物膜中，GIP 影响菌落的褶皱形成、EPS 产生、细胞死亡和增殖。例如，铜绿假单胞菌在受到压缩时，cAMP 被激活，从而调节细胞生长。动物细胞在二维和三维空间中增殖时也会产生 GIP。在二维培养中，细胞密度过高时，GIP 会调节细胞数量。在动物器官发生过程中，如果蝇腿部发育和啮齿动物门齿发育，GIP 对器官形态的形成和信号中心的建立至关重要。
- 细胞限制的病理方面：病原体与宿主细胞之间存在机械相互作用。真菌裂解作用会引发植物细胞的机械感知和免疫反应；大肠杆菌在压缩环境下，会增强对噬菌体和抗生素的抗性 。细胞在受限空间内的异常生长会导致疾病，如神经嵴细胞的异常空间限制与颅面畸形有关。肿瘤生长会产生压缩应力，这源于细胞增殖和细胞外基质（ECM）沉积等。肿瘤内的压缩应力会导致肿瘤细胞对化疗药物产生抗性，还会使血管塌陷，影响药物输送。此外，压缩应力还能激活成纤维细胞，使其转化为癌相关成纤维细胞（CAFs），进而控制肿瘤进展 。
研究结论和讨论部分指出，GIP 在生物的生理和病理过程中都扮演着至关重要的角色。在生理方面，它参与了植物、动物器官的形成以及微生物群落的塑造；在病理方面，它影响着病原体与宿主的相互作用以及肿瘤的发展。然而，目前对于 GIP 调节细胞生长和分裂的具体机制仍不明确，在癌症治疗中，机械压力对肿瘤的影响存在两面性，究竟是该增加还是降低肿瘤内的压力，还需要根据肿瘤的类型进行更深入的研究。这一研究为后续探索生命过程中的力学机制以及开发新的治疗策略提供了重要的理论基础，也为相关领域的研究指明了方向。
