皮肤成纤维细胞群体生物电信号词典的发现：揭示创面修复中的节律性电活动模式

本研究通过多电极阵列(MEA)技术，首次系统解析了非兴奋性细胞（皮肤成纤维细胞）在单层形成和创面修复过程中产生的生物电信号模式。研究人员发现细胞群体在单层形成期产生4.2分钟主导周期的随机信号，创面修复期则出现60-110分钟周期的准节律性电爆发。该研究揭示了Ca2+依赖的短程非体液通讯系统，为理解组织再生中的生物电调控机制提供了新范式。

　　

在生命科学领域，非兴奋性细胞如何协调群体行为始终是未解之谜。传统研究多聚焦于化学信号传导，而生物电信号在组织动态调控中的作用长期被忽视。皮肤成纤维细胞作为创面修复的关键效应细胞，其群体协调机制尤其令人困惑——这些缺乏突触结构的细胞如何实现毫米级的精准协作？早期研究虽发现损伤电位（injury potential）现象，但对信号的时间编码规律知之甚少。

葡萄牙电信研究所（Instituto de Telecomunica??es, IT）与阿尔加维海洋科学中心（CCMAR）的Rute C. Félix团队在《Scientific Reports》发表突破性研究。通过定制化大面积多电极阵列(MEA)设备，研究人员首次捕获到成纤维细胞群体在单层形成和创面修复过程中特征迥异的生物电信号模式。该系统灵敏度达微伏级，可连续监测超低频(10^-4 Hz)信号超过7天，克服了荧光染料的光毒性和时间分辨率限制。

关键技术包括：1）改造8W1E电极装置形成3.5 mm²检测区域；2）低噪声电压放大器(SR 560)配合动态信号分析仪(Agilent 35670A)实现毫赫兹频段信号采集；3）机械创面模型结合延时摄影验证；4）EGTA和去甲肾上腺素药理学干预实验。使用永生化BJ-5Ta成纤维细胞系(ATCC CRL4001)进行6次独立重复实验。

单层形成期的电活动特征

细胞接种后5小时出现首个电信号，24小时后形成周期性爆发。功率谱分析显示8-10 mHz(2-3分钟周期)的主导频率，伴随5.0 mHz和22 mHz的卫星频带。信号振幅从初始20 μV增至100 μV，形态由单相负向波发展为双相波，提示细胞连接成熟度与信号复杂度正相关。

创面修复的准节律性电模式

机械损伤4-6小时后，记录到持续35小时的特征性电活动。与单层形成期相比，信号周期延长两个数量级（92±7.9分钟），振幅降低但波形更规整。典型信号呈快速上升相（12秒）接缓衰减相（37秒），群体同步性显著。

药理学验证

EGTA(钙螯合剂)使电活动功率谱密度降低90%，证实Ca²⁺振荡是信号基础。去甲肾上腺素(10 μM)诱发分钟级高幅(>100 μV)电爆发，提示肾上腺素能受体参与电信号调控。

该研究建立了非兴奋性细胞的生物电信号词典：单层形成对应分钟级高频随机信号，创面修复呈现小时级准周期振荡。这种频率编码机制可能通过TRPC1/TRPM7/TRPV4等机械敏感通道实现，为理解组织再生中的长程协调提供了新视角。技术层面，MEA平台克服了传统光学方法的局限，为研究超低频生物电现象开辟了新途径。理论意义在于，证实了非神经细胞存在类似"生物电密码"的时空编码规律，为发育生物学和再生医学提供了全新研究框架。