加州大學伯克利分校的生物工程師們證實，一些物理信號可以替代某些化學物質(zhì)，推動成熟細胞恢復至多能狀態(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。

    領導這一研究的是加州大學伯克利分校生物工程系華人生物工程學家李松（Song Li）教授。其長期從事心血管系統(tǒng)疾病研究，在血管組織工程、干細胞功能，力-化學信號轉(zhuǎn)導等領域做出了突出的成績，曾獲得“AHA Scientific Development Award”, “Whitaker Research Award”, “Hellman Award”等數(shù)項國際重要獎項，是當今國際十分活躍的生物力學專家。

    研究人員將取自人皮膚和小鼠耳朵的成纖維細胞，放置在具有10微米寬、3微米高的平行凹槽的平面上進行培養(yǎng)。在一種用于重編程成熟細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)的細胞，在有凹槽的平面上培養(yǎng)的細胞恢復至胚胎樣狀態(tài)的數(shù)量增高了4倍。而將細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。

    這項研究有可能顯著促進將成體細胞重編程為胚胎樣細胞的進程，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)利用一些生化復合物和調(diào)控基因表達的蛋白質(zhì)有可能實現(xiàn)細胞重編程，山中伸彌等科學家榮獲了2012年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。這些誘導多能干細胞已經(jīng)成為了再生醫(yī)學、疾病建模和藥物篩查的一個研究主流。

    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)控細胞的身份記憶。我們證實可以將一些生物物理信號轉(zhuǎn)換為細胞內(nèi)化學信號，誘導細胞發(fā)生改變。”

    當前的細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入成熟細胞中。此外，包括丙戊酸在內(nèi)的、某些可以顯著影響整個DNA結(jié)構(gòu)和表達的化學復合物，也被用于提高重編程過程的效率。

    主要作者Timothy Downing 說：“對于當前的方法，人們存在的一些擔心包括細胞實際重編程效率較低，以及某些強加的遺傳或化學操控會造成不可預知的長期影響。例如，丙戊酸是一種強效化學物質(zhì)，可顯著改變細胞的表觀遺傳狀態(tài)，引起細胞內(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方面。”

    以往的一些研究證實，一些物理和機械力可以影響細胞命運，但對于表觀遺傳狀態(tài)和細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：“例如當細胞在全身遷移時，它們會伸長。我們可通過控制物理微環(huán)境來控制細胞的伸長，更接近地模擬出在天然生理環(huán)境中細胞經(jīng)歷的事件。在這方面對于細胞來說，這些物理信號要少一些侵襲和人工干預，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胞是否能最終取代丙戊酸以及重編程過程中其他的化學復合物。

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