细胞如何通过连接形成组织并保持完整性？

在多细胞生物中，当细胞分裂形成组织和器官时，它们会移动到属于它们的地方，这是通过科学家尚未观察到或完全了解的一系列线索知道的。

传统上，这些集体运动是在细胞类型之间的生化鉴定的背景下研究的。例如，蛋白质E-钙粘蛋白(在钙依赖性粘附中发现并命名)是负责细胞相互识别能力的元素，其中各种类型的E-钙粘蛋白出现在生物体的不同部位。这些钙粘蛋白受体使相似的细胞能够相互结合形成特定类型的组织；例如，E-钙粘蛋白之所以如此命名，是因为它存在于上皮细胞中。

“E-cadherin为细胞之间的“握手”提供了最初的信号，但它们不是连接的主要持有者，”加州圣巴巴拉的教授和机械工程师贝丝普鲁特(Beth Pruitt)说，他研究机械生物学，并试图更好地理解细胞结合形成组织，并在经历的正常负荷下保持其完整性。

理解驱动这种生物行为的化学-机械机制将更好地定位科学家，以便在识别过程中出现问题时开发和治疗疾病。这包括癌症转移，即癌细胞失去对“相似”细胞的依赖并迁移出肿瘤的过程。或发育缺陷或伤口愈合，其中相似的细胞不能结合来构建或修复健康的组织。

根据普鲁特的说法，这项研究也有助于开发一个创建实验室培养器官的系统。从细胞在体内的力学特性来看，用合适的支架培养健康的功能细胞是非常重要的。

当细胞在发育或伤口愈合过程中向目的地移动时相互滑动时，它们会施加剪切力。具体来说，这些局部面内剪切力如何在整个组织中扩散——这在集体组织行为中非常重要——尚未被理解，部分原因是难以在组织中施加直接的局部剪切力。

在发表在《eLife》杂志上的一篇论文中，加州大学圣巴巴拉分校和斯坦福大学的普鲁特和她的合著者描述了一种新设备，该设备允许他们将干扰引入系统，观察细胞反应行为并测量整体强度，并提供新的见解。钙粘蛋白在细胞动力学中的作用。微制造装置沿着剪切面(如地震断层)将细胞相互拖动，同时在实验过程中通过微制造弹簧作为在线力传感器测量总力。

研究人员的第一个问题是，剪切力是否会导致细胞在发育或集体迁移过程中相互流动。没有，但细胞确实变形了，这表明剪切是一种“扭伤”，而不是撕裂。接下来的问题是“受伤”之后会发生什么。答案是：切割细胞向所有其他细胞发出信号，表明发生了什么事情，它们都需要对此做出反应和适应。

普鲁特说：“我们发现，这种中继依赖于通过E-钙粘蛋白结合和肌动蛋白收缩(后者对所有真核细胞的物理过程至关重要)的正常细胞间相互作用的存在。

她进一步解释说，未切割的单层细胞已经相互转移，并有其他人观察到的自然振荡，但这种振荡的机制和原因尚不清楚。在剪切细胞单层中观察到的模式是迁移自然振荡的放大变体。在这种集体行为中，细胞随着波动来回跳舞“伤害”，然后远离它，再向它移动，然后离开，直到细胞恢复变形前的原始形状。

“通过观察这些振荡并测量整体力，如直列弹簧所实现的，我们可以提出一个机械模型，其中包括机械信号存储和中继元件，用于模拟上皮单层，”普鲁特解释说。“这个元素与众所周知的细胞粘弹性平行，这可以解释我们观察到的集体行为。细胞可能会利用这种行为，在剪切引起的力不平衡之后，维持发育中组织的张力稳定状态。”

研究人员表示，他们的研究成果以及为研究机械生物学而创造的新设备，将使科学家能够提出新的问题，即其他类型的细胞如何感知和传递多细胞组织中的力，尤其是剪切力。

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