中國學(xué)者揭示細(xì)胞多極分裂的力學(xué)—生物學(xué)調(diào)控機(jī)制
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3月22日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校工程科學(xué)學(xué)院近代力學(xué)系姜洪源教授團(tuán)隊，揭示了不同形式和不同程度的受限力學(xué)環(huán)境對細(xì)胞多極紡錘體的調(diào)控機(jī)制，相關(guān)研究成果日前作為特色論文在線發(fā)表于《物理評論X》雜志。
多極紡錘體和多極細(xì)胞分裂普遍存在于癌細(xì)胞中，其被認(rèn)為與細(xì)胞的癌變和腫瘤的惡化密切相關(guān)。事實上，體內(nèi)環(huán)境是空間受限的力學(xué)微環(huán)境，細(xì)胞會受到周圍其他細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)的空間約束，因而其形狀、粘附、遷移、有絲分裂以及染色體分離都與體外培養(yǎng)環(huán)境截然不同。在腫瘤生長過程中，體內(nèi)癌細(xì)胞不受控制地增殖，這將在腫瘤內(nèi)部產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，這些應(yīng)力的累積將使癌細(xì)胞受到嚴(yán)重的擠壓，甚至導(dǎo)致腫瘤內(nèi)部的血管和淋巴管坍塌閉合，表明細(xì)胞對其所處的受限力學(xué)微環(huán)境非常敏感。然而，正常組織和腫瘤組織所提供的受限力學(xué)微環(huán)境之間的區(qū)別，以及它們?nèi)绾斡绊懚鄻O紡錘體和染色體分離還有待研究。
針對這一科學(xué)問題，研究人員使用微納加工技術(shù)制作了具有不同高度和寬度的微通道，用來模擬組織結(jié)構(gòu)中不同形式和不同程度的機(jī)械約束，研究了不同形式和不同程度的受限力學(xué)環(huán)境對細(xì)胞多極紡錘體形成的影響，并進(jìn)一步闡明了其內(nèi)在機(jī)理。結(jié)合實驗、數(shù)值模擬和理論模型，研究人員進(jìn)一步將紡錘體極的分裂和聚合視為可逆的化學(xué)反應(yīng)，并證明四面受限力學(xué)微環(huán)境能夠控制細(xì)胞的形狀，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞皮層和紡錘體極之間的相互作用，從而改變紡錘體極的分裂和聚合的能量勢壘以及多極紡錘體出現(xiàn)的概率。
該研究成果揭示了不同形式的受限力學(xué)微環(huán)境對細(xì)胞分裂和紡錘體構(gòu)型的調(diào)控機(jī)制，為細(xì)胞力學(xué)微環(huán)境調(diào)控細(xì)胞內(nèi)生理活動提供了有力證據(jù)，同時對發(fā)展靶向腫瘤微環(huán)境的癌癥療法也具有重要意義。
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