细胞外基质(ECM)的机械特性对细胞行为有显著影响,包括细胞分化、迁移和增殖。虽然过去的研究主要集中在二维(2D)环境下的细胞-ECM相互作用,但现在越来越多的研究开始关注三维(3D)环境中的这些相互作用。在3D环境中,ECM的刚度、粘弹性和可降解性对细胞行为的调节尤为关键。细胞通过整合素和机械敏感离子通道感知这些机械特性,并将其转化为生化信号,影响细胞核内的基因表达。这些机制在组织发育、疾病进程,尤其是癌症的发展中起着重要作用,并为机械疗法提供了新的策略。本文将概述3D细胞-ECM机械转导的最新研究进展。
这篇文章是一篇综述,标题为《Cell–extracellular matrix mechanotransduction in 3D》,发表在《Nature Reviews Molecular Cell Biology》2023年7月的期刊上。文章的作者包括Aashrith Saraswathibhatla、Dhiraj Indana和Ovijit Chaudhuri,他们来自斯坦福大学的机械工程系和Sarafan ChEM-H。
文章的核心内容是关于细胞与细胞外基质(ECM)之间的力学信号传递(mechanotransduction)在三维(3D)环境中的作用。文章讨论了以下几点:
ECM的力学特性
:ECM的刚度、粘弹性和可降解性等力学特性在调节细胞行为(如分化、迁移和增殖)中起着关键作用。
2D与3D环境下的细胞-ECM相互作用
:与二维(2D)环境相比,三维(3D)环境下的细胞-ECM相互作用和力学信号传递机制可能存在差异。
图 1:组织力学、ECM 成分和细胞-ECM 机械相互作用
图 2:3D 中的细胞-基质相互作用
ECM的结构特征
:ECM的多种结构特征和复杂的力学特性在3D环境中对细胞行为的影响。
细胞-ECM相互作用的动态性
:由于基质重塑,细胞与ECM之间的相互作用是动态的。
3D力学信号传递的机制
:包括传统的整合素介导的路径和最近描述的机械敏感离子通道介导的路径,两者都汇聚于细胞核,以控制转录和表型。
图 3:2D 和 3D 力转导
图 4:发育中的力传导
力学信号传递在组织中的作用
:从发育到癌症,力学信号传递在组织中的作用,以及如何利用这些知识进行力学治疗。
图 5:组织中的力传导
文章还详细讨论了ECM的各个组成部分(如胶原蛋白、纤维连接蛋白、层粘连蛋白等)的力学特性,以及这些特性如何影响细胞行为。此外,文章还探讨了在3D环境中模拟组织力学的人工ECM材料,以及它们在3D细胞培养研究中的应用。
最后,文章总结了在3D环境中细胞-ECM力学信号传递的最新进展,并提出了未来的研究方向和潜在的临床应用。
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