物理刺激的转移传递在细胞分化中起关键作用。

东京都立大学的研究人员发现了干细胞核的海绵状和粘性如何控制它们“分化”成特化细胞的方式。他们发现原子核开始时呈固体状，但随着时间的推移变得更像流体。较少的力传递到其内部，使细胞致力于某种分化途径。干细胞如何选择并保持分化路径仍然是医学科学的一个关键问题。

微珠在分化干细胞核中的运动

在分化过程的不同阶段，细胞核内的微小惰性珠子的运动。很明显，几天后珠子更容易移动。学分：东京都立大学

我们对生物材料和生命系统的大部分理解是生化的，是连接大量复杂化学物质的复杂路径拼凑而成。然而，迅速兴起的机械生物学领域采用了不同的方法，研究生物材料如何对 物理 刺激做出反应，例如细胞内外的柔软度。复杂的混合物（例如细胞内部）既有海绵状的固体状特性（弹性），也有粘性的液体状特性（粘度），总结起来更完整地描述了材料如何响应力。这被称为粘弹性。

随微分演化的粘弹性模量

储存和损失模量随着细胞分化而变化。表中显示了差异的统计显着性（星号越多表示发生变化的可能性越大）。学分：东京都立大学

这不仅适用于细胞，也适用于它们构成的东西。由东京都立大学副教授 Hiromi Miyoshi 领导的一个团队一直在研究人类间充质干细胞的细胞核，这种细胞可以成熟（或“分化”）成多种细胞类型，包括肌肉、脂肪、骨头和软骨。他们将微小的惰性珠子引入原子核，在那里它们在周围热能的作用下摆动。该团队研究了这种运动并测量了原子核内部的粘弹性，这是一种称为微流变学的方法。该技术给出了两个量，即存储模量和损耗模量，它们对应于材料的弹性和粘度。当它们分化为成骨细胞（骨细胞）时，他们将注意力集中在细胞核上。

随着细胞变得更加分化和特化，研究小组发现细胞核变得不那么固体，而更像液体。当一个固体物质球被戳戳时，力会直接传递到它的核心。当它比弹性更粘稠时，情况并非如此。随着细胞核变得更像流体，细胞核在分化时变得越来越不易受到外力的影响，越来越多地致力于它所选择的分化路径，即所谓的可塑性（对变化的反应性）和稳态（对变化的抵抗力）之间的平衡。改变）。观察细胞核中DNA的分布，他们发现细胞核粘弹性的大部分变化与染色质的聚集有关，染色质是由 DNA 和蛋白质组成的多组分结构。

长期以来，人们认为染色质的聚集与某些基因的抑制有关。染色质中的 DNA 是蛋白质合成的说明书；染色质的凝结就像把书页粘在一起使它们不可读。现在，该团队的研究结果表明，它还有一个完全不同的目的，即仔细调整细胞核对外力的反应程度，特别是确保它能够致力于某种分化路径。他们的发现是了解支撑人体大部分发育的迷人系统的复杂运作的里程碑。

参考文献：“人间充质干细胞成骨细胞分化过程中的核内中尺度粘弹性变化”，作者：Kojiro Matsushita、Chiharu Nakahara、Shun Kimura、Naoya Sakamoto、Satoshi Ii 和 Hiromi Miyoshi，2021 年 11 月 25 日，FASEB 期刊。

DOI: 10.1096/fj.202100536RR

这项工作得到了 JSPS KAKENHI 拨款编号 JP18H03521、AMED PRIME (18gm5810012h9904)、东京都政府高级研究拨款编号 R2-2 以及东京都大学系统设计学院的研究补助金的支持。