有时候，好的细胞会变坏。但这不是他们的错:他们是环境的产物。
考虑到肌成纤维细胞的情况，结缔组织细胞帮助伤口愈合。这些细胞产生，束和拉在一起的胶原纤维周围的微环境-一个纤维网称为细胞外基质，恢复组织在伤口修复。但是，如果肌纤维母细胞在周围逗留过久，组织就会变硬，产生更多的肌纤维母细胞，从而导致更硬的组织——这种反馈循环最终会导致动脉粥样硬化和癌症等疾病。
由Claudia Fischbach领导的一项合作，通过调节水凝胶浇铸温度，用两种不同的微结构制造胶原蛋白网络。纤维较粗、气孔较大的胶原网络(右侧)对剪应力的硬化行为较细、气孔较小的胶原网络(左侧)增强。
科学家们还不知道到底是什么激活了这些细胞——要么是微环境硬度的变化，要么是基质胶原纤维的结构变化，这些变化可能是由先前存在的条件引起的，比如肥胖或衰老。
康奈尔领导的一项合作研究了这些胶原纤维的差异如何影响肌成纤维细胞的行为——这一发现可能对预防和治疗癌症等纤维化疾病有意义。
他们5月8日发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的论文《胶原微结构机械控制肌成纤维细胞分化》(Collagen Microarchitecture mechanical Controls to myofiber – blast Differentiation)。
在很长一段时间里，没有人意识到，不管生化信号如何，僵硬度都能改变细胞行为。然后它就被广泛接受，并导致了一个被称为机械生物学的新领域，”生物医学工程教授、资深作者Claudia Fischbach说。然而，仅是基质结构变化对细胞行为和机械信号传导的影响尚不清楚。通过整合实验和计算模型，我们能够展示单个纤维的结构如何调节局部组织硬度，以及这些变化如何导致肌成纤维细胞的持续激活。”
Fischbach的团队通过用不同的纤维和孔径制作胶原水凝胶，并分析细胞对这些水凝胶的反应，模拟了细胞与不同基质微结构之间的机械相互作用。该研究小组与宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)的一个团队合作，该团队由教授、合著者维维克·谢诺伊(Vivek Shenoy)领导，他们利用计算模型来了解基质结构与细胞内分子机制之间的联系，这种联系被称为机械信号传导。
研究人员发现，拥有更粗纤维和更大孔隙的基质网络会使细胞变得更收缩。结果，这些细胞拉扯纤维并使它们更好地排列，这使得局部组织变硬。然后，硬度激活机械信号，鼓励细胞分化成肌成纤维细胞。
“我们展示的令人兴奋的事情之一是细胞如何对基质做出反应，”康奈尔大学癌症代谢物理中心(Cornell Center on the Physics of Cancer Metabolism)联席主任费施巴赫(Fischbach)说。“随着细胞对纤维的拉扯能力增强，它们随后也会沉积一种不同类型的基质。”这改变了细胞的信号，进一步加强了它们对最初胶原结构的反应。”
她说:“我们的研究结果表明，如果具有更厚纤维的基质已经存在，肌成纤维细胞实际上会利用它作为一种信号，进一步收缩，促进肿瘤的生长和进展。”
Fischbach的实验室对肥胖症如何为恶性肿瘤的微环境做准备有特别的兴趣。他们之前的研究将癌症细胞的生长和恶性肿瘤与肥胖脂肪组织中较厚且排列整齐的胶原纤维联系起来。新发现阐明了由较厚纤维组成的基质如何导致肌成纤维细胞分化和肿瘤形成的恶性循环。
“鉴于矩阵微体系结构之间的联系和病理纤维化,矩阵微体系结构可以是纤维化疾病的预后标记和临界参数时需要考虑的设计依赖于bio-constructs癌症,干细胞和组织工程的研究,”作者说薄熙来Ri Seo,硕士博士。14。
合著者包括博士后研究员蔡思永;博士生卢玲、阿德里安·欣皮;前实验室成员杨慧松博士16岁，杰奎琳·冈萨雷斯13岁;王嘉林博士(15年)和罗伯托·卡洛斯·安德列森·埃古鲁兹博士(15年);以及来自宾夕法尼亚大学、德国莱比锡大学和渥太华大学的研究人员。
这项研究得到了美国国立卫生研究院/国家癌症研究所的支持;康奈尔大学微环境和转移研究中心;以及康奈尔癌症代谢物理中心。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：http://news.cornell.edu/stories/2020/05/researchers-connect-matrix-fiber-structure-and-cell-behavior