本故事改编自斯旺森工程学院网站上的一篇文章。
粘液，虽然令人不愉快的思考，在健康中扮演着重要的角色。它是人类呼吸系统、消化系统和生殖系统以及青蛙皮肤器官的保护性表面。
匹兹堡大学(University of Pittsburgh)的研究人员最近使用了一种名为Xenopus的水生青蛙的细胞，以了解更多有关人类粘液和组织再生的信息。他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。
哮喘、慢性阻塞性肺病、溃疡性结肠炎等疾病患者粘液分泌过多;其他情况，如受伤或手术，可导致物质的缺乏。
杯状细胞是人体分泌粘液的工厂。由于黏液的产生、数量和运输对健康至关重要，研究人员长期以来一直在寻找杯状细胞的起源，并一直渴望控制使其再生和保持种群平衡的过程。
由澳大利亚匹兹堡大学的生物工程教授兰斯·戴维森带领的研究小组发现了一个杯状细胞再生的例子，这种细胞很容易获得，而且在从早期发育的青蛙胚胎中分离出来的细胞上再生速度快得令人难以置信。
“和许多青蛙一样，非洲爪蟾的蝌蚪也有呼吸皮肤，可以交换氧气，执行类似人类肺的任务，”戴维森说，他是斯旺森工程学院MechMorpho实验室的负责人。与人类的肺一样，非洲爪蟾呼吸道皮肤的表面是一层粘液纤毛上皮，这是一种由杯状细胞和纤毛细胞组成的组织，它也能抵御病原体。由于这些进化上的相似性，我们的团队使用青蛙胚胎的类器官来研究组织力学是如何影响细胞生长和组织形成的。”
研究这一物种是探索生物力学的遗传起源和机械线索如何被感知的一种快速而经济的方法，不仅是在青蛙胚胎中，而且是普遍的。当临床医生研究病人的癌症时，这种变化可能需要数周、数月甚至数年，但在青蛙胚胎中，变化发生在数小时内。
“在这个项目中，不到5个小时，他们就开始改变，”戴维森说。“我们知道这些细胞可以分化成多种类型，但在这种情况下，我们发现它们发生了巨大的变化，变成了一种细胞，如果它们在胚胎时期就不会变成这种细胞。”
他们的结果出乎意料，以至于他们进行了多次实验来证实这些发现。
“令我们惊讶的是，我们发现如果我们使环境变硬，聚集物就会变成这些上皮细胞，”Davidson解释道。“如果我们把它做得更柔和，我们就能阻止他们改变。这一发现表明，仅仅是机制就能导致细胞发生重大变化，这是一件了不起的事情。”
戴维森的团队对受力学影响的细胞如何影响疾病状态很感兴趣。这篇文章中详细介绍的结果可能会在癌症生物学中引发新的问题，促使研究人员考虑某些类型的侵袭性癌细胞是否会根据它们的周围环境而恢复到一种静止的细胞类型。
“当把这些结果应用到癌症生物学上时，人们可能会问，‘如果肿瘤被软组织包围，它们会变成休眠的、基本上无创的吗?或者，“如果你的组织坚硬，它们会入侵并变得致命吗?””“戴维森说。这些都是生物力学领域的主要问题，也许可以帮助我们找到答案。许多研究人员只关注化学途径，但我们也发现了疾病的机械影响因素。”
基础科学研究所的年轻科学家、前MechMorpho实验室成员Hye Young Kim将在位于韩国科学技术高级研究所的血管研究中心继续这项工作。她将研究细胞运动在再生过程中是如何变化的，以及上皮细胞是如何组装新的上皮细胞或外层的。
戴维森和他的实验室将探索成体干细胞如何感知这种新的机械信号，以及这些机械信号如何与控制细胞命运选择的已知信号整合。
他说:“青蛙胚胎和器官为我们研究这些过程提供了无与伦比的途径，远远超过了人类器官的研究。”“旧的观念认为再生完全是由扩散的生长因子和激素控制的，这种观念正在让位于这样一种认识，即环境的物理机制——比如橡胶或流体环境——也扮演着同样重要的角色。”
这项研究得到了美国国立卫生研究院国家心肺血液研究所的资助。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://www.pittwire.pitt.edu/news/mucus-mechanics-and-disease