細胞張力能使心臟細胞更強壯

即使在醫(yī)療科技十分發(fā)達的現(xiàn)在，當人類心臟病發(fā)作之后，并不能完全治愈，而斑馬魚的心臟細胞卻可以輕而易舉取代原本丟失或被疾病侵害的細胞。因此科學家花了很長的時間探究這條小魚的再生能力，期望找到可以改善現(xiàn)有治療人類心臟疾病的方式。

一項發(fā)布在 9 月 25 日發(fā)行的《發(fā)育細胞》（Developmental Cell）期刊的 研究成果，發(fā)現(xiàn)了細胞張力對心臟細胞再生的影響。作用在細胞上的力學張力，決定了這種波前性質及隨后造成的組織細胞再生。實驗結果展現(xiàn)了新的典范，顯示在組織中作用的力可直接指導丟失組織進行細胞再生的走向。

研究人員借由拍攝斑馬魚心臟微小跳動的影片，發(fā)現(xiàn)能在培養(yǎng)皿中使細胞再度生長，影片也捕獲到這些細胞令人意想不到的行為。研究人員發(fā)現(xiàn)原以為消耗殆盡的心臟組織竟然能在波浪中再生！它們是由移動快速的超大型領導細胞在前方引領，并被體型較小的細胞拖延以產生其他細胞。

杜克大學（Duke University）醫(yī)學院細胞生物學所 Ken Poss 教授實驗室的博士后研究員兼本研究首席研究員 Jingli Cao 博士說：“我們的研究成果為再生組織的細胞周期動力學奠定了基礎。透過操作細胞的力學張力，我們可能也可以開發(fā)新的生物工程技術或轉譯方法。”

2015 年，Cao 博士和同事已能做到將斑馬魚的心臟移除后放入培養(yǎng)皿，觀察它的生長。在這項研究中，他們監(jiān)測心外膜的再生情況，這是一層包覆在心臟表面的薄膜。令人驚訝的是他們發(fā)現(xiàn)心房和心室依然繼續(xù)跳動，彷佛這顆心臟仍長在斑馬魚體內。

研究人員摧毀了大部分心外膜，再將外植體器官置于顯微鏡下，希望能捕捉到動態(tài)的再生情形。他們原本預期看到一群細胞迅速復制 DNA 并分裂為新細胞，隨后補充器官表面丟失的細胞，然而事實并非如此。當然以上情況絕對會發(fā)生，但這并不是最主要的方法。相反地，再生過程是由已復制 DNA 卻不分裂的細胞主導，因此能有效制造出超大型細胞。

Cao 博士說：“想像一下你皮膚有個傷口，你想盡快覆蓋它，但你卻沒有足夠的細胞。借由細胞變大，你就可以有效地覆蓋傷口。我們認為這種策略能以更高效率的方式提高覆蓋面積，同時增加再生能力。”Poss 教授則表示：“這項研究試著了解當細胞再生時，會如何做決策。如果有方法影響細胞做決策，引導細胞再生，形成更大的細胞，或在分裂時產生更多細胞，那么這可能是影響組織修復能力的重要關鍵。”

研究人員測量了在再生波前的細胞特性，發(fā)現(xiàn)與較小的跟隨細胞相比，較大的再生細胞會以較快的速度穿越心臟表面。當測量細胞膜張力時，他們發(fā)現(xiàn)施加微小的切口后，領導細胞的回彈速度比跟隨細胞快，就像灌飽氣的氣球爆裂后縮回原樣。可以說是這樣的力學張力讓細胞維持在復制完 DNA 后不會分裂。

研究人員計劃使用斑馬魚心臟外植體培養(yǎng)系統(tǒng)，篩選可能增加心臟組織再生能力的小分子。這些化學物質可能成為未來研發(fā)用以修復心臟疾病或其他心血管疾病新藥的基礎。看似平凡且每個細胞都有的細胞張力，竟能大大影響細胞再生能力，甚至有機會使人類心臟細胞再生成為可能，實在很不可思議啊！