加州大学旧金山分校

 

 

图片来源：CC0 公共领域

加州大学旧金山分校（UCSF）的研究人员设计出了类似 "细胞胶水 "的分子，使他们能够以精确的方式指导细胞如何相互粘合。这一发现标志着向构建组织和器官迈出了重要一步，而这正是再生医学长期追求的目标。

 

粘合剂分子天然存在于人体各处，以高度有序的模式将数十万亿个细胞粘合在一起。它们形成结构，创建神经元回路，并引导免疫细胞找到目标。粘附还能促进细胞之间的交流，使身体作为一个自我调节的整体保持运转。

 

在发表于2022年12月12日《自然》（Nature）杂志上的一项新研究中，研究人员设计了含有定制粘附分子的细胞，这些粘附分子以可预测的方式与特定的伙伴细胞结合，形成复杂的多细胞组合。

 

"资深作者、拜尔斯细胞与分子药理学特聘教授、加州大学旧金山分校细胞设计研究所所长温德尔-林（Wendell Lim）博士说："我们能够以这样一种方式设计细胞，使我们能够控制它们与哪些细胞相互作用，还能控制这种相互作用的性质。"这为构建组织和器官等新型结构打开了大门。

 

细胞间的再生连接

身体组织和器官在子宫内开始形成，并一直发育到童年。到了成年期，指导这些生成过程的许多分子指令已经消失，一些组织（如神经）无法从损伤或疾病中愈合。

 

Lim 希望通过改造成体细胞来建立新的连接，从而克服这一问题。但要做到这一点，需要精确设计细胞如何相互作用。

 

"细胞设计研究所哈茨研究员、论文第一作者亚当-史蒂文斯（Adam Stevens）博士说："一个组织的特性，比如你的皮肤，在很大程度上是由其中不同细胞的组织方式决定的。"我们正在设计控制这种细胞组织的方法，这是合成具有我们想要的特性的组织的核心。

 

特定组织之所以与众不同，很大程度上在于其细胞结合得有多紧密。在肺或肝脏等实体器官中，许多细胞结合得相当紧密。但在免疫系统中，较弱的粘合力能使细胞穿过血管，或在皮肤或器官组织紧密结合的细胞间爬行，到达病原体或伤口处。

 

为了引导细胞粘合的质量，研究人员将粘附分子设计成两部分。分子的一部分在细胞外部充当受体，决定与哪些其他细胞相互作用。第二部分在细胞内部，调整所形成的粘合强度。这两个部分可以以模块化的方式混合和匹配，创造出一系列定制细胞，以不同的方式与各种类型的细胞结合。

细胞组装的基础代码

史蒂文斯说，这些发现还有其他用途。例如，研究人员可以设计模拟疾病状态的组织，以便更容易在人体组织中进行研究。

 

细胞粘附是动物和其他多细胞生物进化过程中的一个关键发展过程，定制粘附分子可以让人们更深入地了解从单细胞生物到多细胞生物是如何开始的。

 

"他说："我们现在对进化是如何开始构建身体有了更多的了解，这非常令人兴奋。"我们的工作揭示了一种灵活的分子粘附代码，它决定了哪些细胞将以何种方式相互作用。现在我们开始了解它了，我们可以利用这一代码来指导细胞如何组装成组织和器官。这些工具可能会带来真正的变革"。

 

其他作者包括加州大学旧金山分校细胞设计研究所和细胞与分子药理学系的乔赛亚-格尔茨（Josiah Gerdts）、基-金（Ki Kim）和韦斯利-麦基森（Wesley McKeithan），伊莱和艾迪斯-布罗德再生医学与干细胞研究中心和细胞与分子药理学系的乔纳森-拉米雷斯（Jonathan Ramirez）和法拉纳克-法塔希（Faranak Fattahi）。加州大学旧金山分校颅面生物学项目和口腔科学系的 Coralie Tentesaux 和 Ophir Klein，以及加州大学伯克利分校生物工程系的 Andrew Harris 和 Dan Fletcher。