组织“临界点”:细胞如何集体从健康状态转变为疾病状态

细胞将机械力转化为影响生理过程的信号,例如运动强化骨骼。圣路易斯华盛顿大学和北京清华大学的一个研究小组发现,生物组织也可以经历剧烈的相变,或集体转变,伤口愈合细胞可以从无序的健康状态转变为高度协调的疾病状态,就像水突然冻结成冰一样。

来源:英国物理学家网首页
当细胞足够接近时,它们的收缩力将胶原纤维募集并排列成硬化的“张力带”(细胞之间排列的纤维可见),在相邻细胞之间传递机械信号,而超过此阈值的细胞(右对)尽管位于同一组织中,但仍保持机械隔离。这种依赖于距离的机械通讯驱动了一个急剧的相变,组织从无序状态转变为协调状态,这解释了为什么纤维化疾病经常突然进展。比例尺 10 微米。图片来源:孔文宇,清华大学

细胞将机械力转化为影响生理过程的信号,例如运动强化骨骼。圣路易斯华盛顿大学和北京清华大学的一个研究小组发现,生物组织也可以经历剧烈的相变,或集体转变,伤口愈合细胞可以从无序的健康状态转变为高度协调的疾病状态,就像水突然冻结成冰一样。

这一发现于 2025 年 10 月 3 日发表在《美国国家科学院院刊》上,揭示了为什么纤维化疾病经常以开关式跳跃而非逐渐进展的方式进展,并指出了针对组织物理特性而不仅仅是细胞生物化学的新治疗策略。

已发布 美国国家科学院院刊 新的治疗策略

研究小组使用计算模型揭示了机械“临界点”,该临界点决定细胞是否可以集体协调传播一种称为纤维化的疾病,纤维化是一种几乎所有器官衰竭的过度疤痕,特别是在肝脏、肺、肾脏和心脏疾病中。

疾病 纤维化

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为什么目前的治疗方法效果不佳

研究结果提出了几个潜在的干预点,例如减少胶原蛋白交联和破坏纤维排列。