加州大學(xué)伯克利分校的生物工程師們證實(shí)，一些物理信號(hào)可以替代某些化學(xué)物質(zhì)，推動(dòng)成熟細(xì)胞恢復(fù)至多能狀態(tài)。這一研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在10月20日的《自然材料》（Nature Materials）雜志上。

    領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是加州大學(xué)伯克利分校生物工程系華人生物工程學(xué)家李松（Song Li）教授。其長(zhǎng)期從事心血管系統(tǒng)疾病研究，在血管組織工程、干細(xì)胞功能，力-化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等領(lǐng)域做出了突出的成績(jī)，曾獲得“AHA Scientific Development Award”, “Whitaker Research Award”, “Hellman Award”等數(shù)項(xiàng)國(guó)際重要獎(jiǎng)項(xiàng)，是當(dāng)今國(guó)際十分活躍的生物力學(xué)專家。

    研究人員將取自人皮膚和小鼠耳朵的成纖維細(xì)胞，放置在具有10微米寬、3微米高的平行凹槽的平面上進(jìn)行培養(yǎng)。在一種用于重編程成熟細(xì)胞的特制雞尾酒中培養(yǎng)2周后，研究人員發(fā)現(xiàn)相比于在平坦平面上培養(yǎng)的細(xì)胞，在有凹槽的平面上培養(yǎng)的細(xì)胞恢復(fù)至胚胎樣狀態(tài)的數(shù)量增高了4倍。而將細(xì)胞放置在平行排列的納米纖維支架中培育也具有相似的效應(yīng)。

    這項(xiàng)研究有可能顯著促進(jìn)將成體細(xì)胞重編程為胚胎樣細(xì)胞的進(jìn)程，后者可以分化發(fā)育為構(gòu)成我們身體的所有組織類型。

    因發(fā)現(xiàn)利用一些生化復(fù)合物和調(diào)控基因表達(dá)的蛋白質(zhì)有可能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞重編程，山中伸彌等科學(xué)家榮獲了2012年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這些誘導(dǎo)多能干細(xì)胞已經(jīng)成為了再生醫(yī)學(xué)、疾病建模和藥物篩查的一個(gè)研究主流。

    李松教授說：“我們的研究首次證明了生物材料的一些物理特性可以取代某些生化因子，調(diào)控細(xì)胞的身份記憶。我們證實(shí)可以將一些生物物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為細(xì)胞內(nèi)化學(xué)信號(hào)，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生改變。”

    當(dāng)前的細(xì)胞重編程過程依賴于一種方案：即利用一種病毒將一些改變基因的蛋白導(dǎo)入成熟細(xì)胞中。此外，包括丙戊酸在內(nèi)的、某些可以顯著影響整個(gè)DNA結(jié)構(gòu)和表達(dá)的化學(xué)復(fù)合物，也被用于提高重編程過程的效率。

    主要作者Timothy Downing 說：“對(duì)于當(dāng)前的方法，人們存在的一些擔(dān)心包括細(xì)胞實(shí)際重編程效率較低，以及某些強(qiáng)加的遺傳或化學(xué)操控會(huì)造成不可預(yù)知的長(zhǎng)期影響。例如，丙戊酸是一種強(qiáng)效化學(xué)物質(zhì)，可顯著改變細(xì)胞的表觀遺傳狀態(tài)，引起細(xì)胞內(nèi)意外的改變。鑒于此，許多人一直在尋找不同的途徑來改善重編程過程的各個(gè)方面。”

    以往的一些研究證實(shí)，一些物理和機(jī)械力可以影響細(xì)胞命運(yùn)，但對(duì)于表觀遺傳狀態(tài)和細(xì)胞重編程的影響卻并不清楚。

    新研究發(fā)現(xiàn)，在具有微槽的生物材料上培育細(xì)胞可提高重編程過程的質(zhì)量和一致性，并且和丙戊酸一樣有效。

    Downing說：“例如當(dāng)細(xì)胞在全身遷移時(shí)，它們會(huì)伸長(zhǎng)。我們可通過控制物理微環(huán)境來控制細(xì)胞的伸長(zhǎng)，更接近地模擬出在天然生理環(huán)境中細(xì)胞經(jīng)歷的事件。在這方面對(duì)于細(xì)胞來說，這些物理信號(hào)要少一些侵襲和人工干預(yù)，因此引起意外副作用的可能性更小。”

    研究人員現(xiàn)正研究在有凹槽的表面培育細(xì)胞是否能最終取代丙戊酸以及重編程過程中其他的化學(xué)復(fù)合物。

    “我們也在研究一些生物物理因素是否能夠幫助將細(xì)胞重編程為諸如神經(jīng)元等特定細(xì)胞類型，”研究的共同作者、加州大學(xué)生物工程學(xué)研究生Jennifer Soto說。