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当一个方向集齐CNS三大主刊而国自然项目数还不多,我就知道可以关注了……

小张聊科研  · 公众号  · 科研  · 2025-01-24 21:00

正文

如题,今天我们介绍一个集齐了CNS三大主刊而国自然项目数还不多的方向:细胞外基质(ECM)的硬度(Stiffness)和黏弹性(viscoelasticity

其实细胞外基质(ECM)大家已经非常熟悉了,ECM是细胞外的复杂网络结构,由胶原蛋白、弹性蛋白、糖胺聚糖等组成。ECM为细胞提供物理支撑,维持组织形态和结构。ECM最为经典的角色在组织纤维化这个疾病最常见的病理特点中:纤维化时,ECM成分(如胶原蛋白)过度沉积和交联,导致组织硬化和功能受损。ECM的异常重塑会激活成纤维细胞转化为肌成纤维细胞,进一步加剧纤维化。这一过程涉及多种细胞因子和信号通路,如TGF-β信号通路,促进ECM合成与积累,最终影响器官功能。

ECM硬度和黏弹性是其重要特性,影响细胞行为。较硬的ECM可促进细胞增殖、分化和迁移,而软的ECM则可能抑制这些过程,另外硬度变化还与组织发育、修复及疾病发生相关,所以近几年大家对ECM硬度的关注越来越多,比如24CNS三个主刊上的研究:

转录因子Osr2通过整合细胞外基质(ECM)的生物力学信号加剧肿瘤中CD8+T细胞耗竭。研究主要关注Osr2在肿瘤中整合ECM生物力学信号对CD8+T细胞功能的影响,研究发现Osr2通过Piezo1//CREB轴介导的生物力学信号被诱导表达,并加剧肿瘤特异性CD8+T细胞的终末耗竭。

细胞外基质黏弹性促进肝癌在非肝硬化肝脏中的进展。研究主要关注细胞外基质(ECM)黏弹性对非肝硬化条件下肝细胞癌(HCC)进展的作用机制。研究发现2型糖尿病患者中,细胞外基质中晚期糖基化终产物(AGEs)的积累会改变胶原蛋白结构,增强ECM的黏弹性,AGEs介导的胶原蛋白结构变化通过整合素-β1-tensin-1-YAP机械传导通路促进肝癌细胞的增殖和侵袭。

PIEZO依赖的机械感知对肠干细胞命运决定和维持至关重要。研究主要关注PIEZO机械敏感通道在肠干细胞(ISC)微环境中的作用机制,研究发现ISC位于隐窝底部的更硬微环境中,PIEZO通道通过感知细胞外基质(ECM)的硬度,调节ISC的命运决定和功能维持。

当然除了主刊外,一些领域TOP期刊和大子刊上的研究也不少了:

国自然项目中也有一些了:

  • 高细胞外基质硬度上调的Circ-ARHGEF28结合线粒体PRDX3促进鼻咽癌侵袭转移的机制研究

  • 整合素β1/RICH1复合体感应细胞外基质硬度信号调控乳腺癌侵袭转移的机制研究

  • POSTN+mCAF通过增强细胞外基质硬度促进肝内胆管癌迁移侵袭的机制研究

  • 细胞外基质硬度通过Piezo1调控成纤维细胞谱系分化在皮肤再生中的机制研究

最后我们简单梳理一下细胞外基质硬度研究方法:

1. 体外细胞培养

体外细胞培养是研究细胞外基质(ECM)硬度影响的基础方法。通过在不同硬度的基质上培养细胞,可以模拟体内微环境,研究细胞对硬度变化的响应。常用的基质材料包括水凝胶(如丝素蛋白水凝胶、明胶水凝胶等)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。这些材料可以通过调节交联密度或成分来控制硬度:

水凝胶:通过改变交联剂浓度或聚合时间,可以制备出从软(~1 kPa)到硬(>100 kPa)的基质,适合研究细胞在不同硬度条件下的行为。

PDMS:通过调整预聚物与固化剂的比例,可以制备出硬度梯度的基质,用于细胞黏附、迁移和增殖的实验。

PMID: 39551603

2. 生物力学检测

生物力学检测是研究ECM硬度的关键技术,常用的工具包括:

原子力显微镜(AFMAFM通过探针与样品表面接触,测量探针与基质之间的相互作用力,从而计算出局部硬度。

磁镊技术(Magnetic Tweezers:利用磁性微珠与ECM结合,通过外部磁场施加力,测量ECM对力的响应。

PMID: 39260063

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