研究人员发现细胞如何与支持蛋白质相互作用以治愈伤口

当我们的皮肤上有伤口时，我们体内的细胞会迅速动员起来修复它。虽然已经知道细胞如何愈合伤口以及疤痕是如何形成的，但由圣路易斯华盛顿大学的研究人员领导的一个团队首次确定了这一过程是如何开始的，这可能为伤口愈合、纤维化和癌症转移提供新的见解.

该小组由德拉拉姆Shakiba，由国家科学基金会科学与技术中心工程力学生物学(CEMB)在工程麦凯维学院的博士后研究员的带领下，发现了成纤维细胞的方式，或普通细胞在结缔组织，与细胞外基质，交互时为细胞提供结构支持以及生化和生物力学线索。该团队发现了在细胞与其环境以及细胞中以前未知的结构之间发生的递归过程。

研究结果于 7 月 28 日发表在ACS Nano上。 该论文的资深作者是麦凯维工程学院机械工程的 Harold 和 Kathleen Faught 教授 Guy Genin 和麦凯尔维工程学院生物化学和分子生物物理学名誉教授 Elliot Elson。医学院。

“预防纤维收缩性疾病(如瘢痕形成和纤维化)进展的临床努力在很大程度上没有成功，部分原因是细胞与周围蛋白质纤维相互作用的机制尚不清楚，”Shakiba 说。“我们发现成纤维细胞在这些相互作用的早期——我认为是最可治疗的——阶段使用完全不同的机制，因此它们对药物的反应可能与它们在后期阶段的反应相反。”

CEMB 的联合主任 Genin 说，这个过程已经阻碍了机械生物学研究人员一段时间。

“机械生物学领域的研究人员认为，细胞通过伸出长长的突起物，抓住并拉回细胞外基质中的胶原蛋白，”Genin 说。“我们发现情况并非如此。细胞必须首先通过胶原蛋白推出，然后它不是抓住，而是从它的手臂两侧射出细小的毛发或丝状伪足，拉入胶原蛋白方式，然后收回。”

Genin 说，现在他们了解了这个过程，他们可以控制细胞的形状。

“与宾夕法尼亚大学 CEMB 的同事一起，我们能够验证一些数学模型来完成工程过程，现在我们有了细胞遵循的基本规则，”他说。“我们现在可以开始设计特定的刺激物来指导细胞以某种方式在构建组织工程结构时表现出来。”

研究人员了解到，他们可以通过两种方式控制细胞形状：首先，通过控制其周围的边界，其次，通过抑制或上调参与胶原蛋白重塑的特定蛋白质。

成纤维细胞将伤口的边缘拉到一起，使其收缩或闭合。然后细胞中的胶原蛋白重塑细胞外基质以完全闭合伤口。这就是机械生物学发挥作用的地方。

“在新接触纤维蛋白的细胞内，张力和压缩之间存在平衡，”Genin 说。“肌动蛋白电缆存在张力，通过平衡这种平衡，我们可以使这些突起变得非常长，”Genin 说。“我们可以阻止改造发生，也可以增加改造。”

该团队使用 3-D 映射技术(首次应用于胶原蛋白)以及计算模型来计算由细胞突起产生的 3-D 应变和应力场。随着细胞积累胶原蛋白，张力驱动的胶原纤维重塑和排列导致胶原束的形成。这需要细胞之间的协同相互作用，通过这种相互作用，细胞可以机械地相互作用。

“显微镜、组织工程和生物力学建模的新方法极大地增强了我们对细胞修饰和修复它们所组成的组织的机制的理解，”埃尔森说。“纤维细胞结构产生和引导压缩和重新定向其细胞外纤维环境的力。这提出了关于这些功能的分子机制以及细胞如何调节它们施加的力以及它们如何控制基质变形程度的新问题。”

“伤口愈合是这些过程在生理上的重要性的一个很好的例子，”Genin 说。“我们将能够深入了解如何训练细胞不过度压缩它们周围的胶原蛋白。”

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