干細(xì)胞是能夠成為機(jī)體任何細(xì)胞類型的未分化細(xì)胞。在體外培養(yǎng)人多能干細(xì)胞時(shí)，培養(yǎng)基里添加的化學(xué)因子和蛋白會(huì)對(duì)這些細(xì)胞產(chǎn)生重要的影響。人們利用不同的添加物組合，將細(xì)胞誘導(dǎo)成為特定類型的細(xì)胞。

那么，不給干細(xì)胞添加任何因子或化合物，它會(huì)如何決定自己的命運(yùn)呢？是成為肌肉細(xì)胞、骨細(xì)胞還是神經(jīng)元？

Wisconsin-Madison大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在沒有任何添加物的情況下，干細(xì)胞生長(zhǎng)表面的硬度就足以對(duì)細(xì)胞命運(yùn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。這項(xiàng)研究發(fā)表在九月八日的美國國家科學(xué)院院刊PNAS雜志上。

“人們利用可溶性的生長(zhǎng)因子引導(dǎo)細(xì)胞分化，”UW-Madison的干細(xì)胞專家，Laura Kiessling教授解釋道。不過之前有研究指出，細(xì)胞生長(zhǎng)表面的物理性質(zhì)也會(huì)影響細(xì)胞的命運(yùn)，不過這一點(diǎn)并未得到充分的證明。

實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)干細(xì)胞時(shí)，使用表面覆蓋有凝膠的培養(yǎng)皿，通過這種凝膠引入不同的蛋白因子。不過，即使沒有蛋白因子的誘導(dǎo)信息細(xì)胞也會(huì)分化，只不過分化路徑看起來比較隨機(jī)。另外在發(fā)育過程中，機(jī)體內(nèi)的細(xì)胞會(huì)根據(jù)自己的所處的環(huán)境條件做出轉(zhuǎn)變。

 “許多細(xì)胞附著在特定表面上生長(zhǎng)。舉例來說，如果細(xì)胞長(zhǎng)在骨骼附近，就會(huì)對(duì)這個(gè)特殊的環(huán)境做出反應(yīng)，”Kiessling說。“如果細(xì)胞長(zhǎng)在類似大腦的柔軟組織附近，那它們的行為又會(huì)不同。”

為了全面探討生長(zhǎng)表面對(duì)干細(xì)胞的影響，Kiessling團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了不同硬度的凝膠來模擬肌肉、肝臟和腦組織。研究顯示，類似腦組織的柔軟表面，不需要任何可溶因子，就足以引導(dǎo)干細(xì)胞成為神經(jīng)元。而較硬的表面更傾向于保持細(xì)胞的干細(xì)胞狀態(tài)。

“我們沒有改變?nèi)魏螙|西，只是從硬表面換到了軟表面，”Kiessling說。“結(jié)果細(xì)胞形態(tài)都變得更像神經(jīng)元，細(xì)胞生長(zhǎng)表面的影響如此深遠(yuǎn)，令我非常意外。”

研究人員認(rèn)為，柔軟表面的物理性質(zhì)影響了細(xì)胞中的蛋白YAP。YAP既存在于細(xì)胞質(zhì)也存在于細(xì)胞核，當(dāng)它在細(xì)胞核里的時(shí)候YAP調(diào)控基因表達(dá)。研究顯示，在柔軟凝膠上YAP無法進(jìn)入細(xì)胞核，而它的缺失促使干細(xì)胞向腦細(xì)胞發(fā)展。

這些發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家們建立更好的實(shí)驗(yàn)條件，引導(dǎo)干細(xì)胞精確分化。這類技術(shù)將最終幫助人們生產(chǎn)大量細(xì)胞用于疾病治療或者新藥開發(fā)。