細(xì)胞張力能使心臟細(xì)胞更強(qiáng)壯

即使在醫(yī)療科技十分發(fā)達(dá)的現(xiàn)在，當(dāng)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(xì)胞卻可以輕而易舉取代原本丟失或被疾病侵害的細(xì)胞。因此科學(xué)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(xiàng)發(fā)布在 9 月 25 日發(fā)行的《發(fā)育細(xì)胞》（Developmental Cell）期刊的 研究成果，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞張力對心臟細(xì)胞再生的影響。作用在細(xì)胞上的力學(xué)張力，決定了這種波前性質(zhì)及隨后造成的組織細(xì)胞再生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果展現(xiàn)了新的典范，顯示在組織中作用的力可直接指導(dǎo)丟失組織進(jìn)行細(xì)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(xì)胞再度生長，影片也捕獲到這些細(xì)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(lǐng)導(dǎo)細(xì)胞在前方引領(lǐng)，并被體型較小的細(xì)胞拖延以產(chǎn)生其他細(xì)胞。

杜克大學(xué)（Duke University）醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)所 Ken Poss 教授實(shí)驗(yàn)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(xì)胞周期動力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。透過操作細(xì)胞的力學(xué)張力，我們可能也可以開發(fā)新的生物工程技術(shù)或轉(zhuǎn)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(xiàng)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(nèi)。

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(yù)期看到一群細(xì)胞迅速復(fù)制 DNA 并分裂為新細(xì)胞，隨后補(bǔ)充器官表面丟失的細(xì)胞，然而事實(shí)并非如此。當(dāng)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(fù)制 DNA 卻不分裂的細(xì)胞主導(dǎo)，因此能有效制造出超大型細(xì)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(xì)胞。借由細(xì)胞變大，你就可以有效地覆蓋傷口。我們認(rèn)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(xiàng)研究試著了解當(dāng)細(xì)胞再生時，會如何做決策。如果有方法影響細(xì)胞做決策，引導(dǎo)細(xì)胞再生，形成更大的細(xì)胞，或在分裂時產(chǎn)生更多細(xì)胞，那么這可能是影響組織修復(fù)能力的重要關(guān)鍵。”

研究人員測量了在再生波前的細(xì)胞特性，發(fā)現(xiàn)與較小的跟隨細(xì)胞相比，較大的再生細(xì)胞會以較快的速度穿越心臟表面。當(dāng)測量細(xì)胞膜張力時，他們發(fā)現(xiàn)施加微小的切口后，領(lǐng)導(dǎo)細(xì)胞的回彈速度比跟隨細(xì)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(xué)張力讓細(xì)胞維持在復(fù)制完 DNA 后不會分裂。

研究人員計(jì)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(xué)物質(zhì)可能成為未來研發(fā)用以修復(fù)心臟疾病或其他心血管疾病新藥的基礎(chǔ)。看似平凡且每個細(xì)胞都有的細(xì)胞張力，竟能大大影響細(xì)胞再生能力，甚至有機(jī)會使人類心臟細(xì)胞再生成為可能，實(shí)在很不可思議啊！