東京-東京城市大學的研究人員一直在量化不同批次的間充質干細胞對環(huán)境機械剛度的反應。他們著眼于某些蛋白質如何“定位”在細胞核中，并發(fā)現(xiàn)了這種蛋白質如何隨硬度變化的關鍵趨勢。他們的發(fā)現(xiàn)解釋了先前發(fā)現(xiàn)之間的矛盾，并可能指導科學家如何控制干細胞的狀態(tài)以進行研究和藥物治療。
間充質干細胞(MSC)是重要的“祖細胞”，可以轉化為肌肉，軟骨，骨骼或脂肪細胞。在2006年，Engler及其同事的開創(chuàng)性工作表明，他們可以通過簡單地將它們置于具有不同機械剛度或彈性模量的表面上來控制轉化(或“分化”)的細胞類型。從那時起，科學家一直在試圖確切地確定這種情況如何發(fā)生。問題是，盡管該現(xiàn)象是可靠且可重現(xiàn)的，但事實證明它們對放置它們的確切環(huán)境非常敏感，即使它們來自哪一批。賭注很高：對MSC狀態(tài)的可靠控制將意味著更多的研究，甚至是潛在的生物醫(yī)學應用。
這項搜索激發(fā)了由東京都大學副教授Hiromi Miyoshi領導的一個團隊，研究了不同批次的MSC如何響應不同的環(huán)境。他們著重研究了MSC中存在的兩種蛋白，YAP蛋白和RUNX2，后者是幫助細胞轉化為成骨細胞并最終成為骨骼的材料，它可以幫助細胞對機械環(huán)境做出反應。他們研究了不同批次的MSC在其細胞內(nèi)如何具有不同的YAP和RUNX2分布。對于他們的“僵硬”環(huán)境，他們選擇了一種特殊設計的明膠底物，該底物的再現(xiàn)性比流行的膠原蛋白替代品好得多。
從一開始，他們就發(fā)現(xiàn)批次非常不同。在基本的實驗中，研究了它們?nèi)绾无D變?yōu)樵旃腔蛟熘毎?，他們發(fā)現(xiàn)這些批次產(chǎn)生的鈣和脂肪沉積量差異很大。但是當談到他們的機械響應行為時，事實證明他們并沒有最初想象的那么瘋狂。首先，研究小組發(fā)現(xiàn)，在細胞核中發(fā)現(xiàn)的YAP比例(或“定位”)在批次之間以一致的方式變化，并在相同的硬度下達到平穩(wěn)。對于RUNX2，盡管定位有所不同，但它們?nèi)匀环€(wěn)定在特定的剛度值(與YAP不同)。即使這樣，RUNX2本地化的趨勢一直到線性。
有了這種信息，任何人都可以制造出具有特定硬度的凝膠，并主動控制間充質干細胞核中YAP / RUNX2的水平。這樣，他們可以調(diào)整細胞分化的時間和方式。研究小組希望對細胞命運的這種新的控制水平將有助于加速對MSC的研究，并有可能導致治療應用。
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