Nature子刊挑战干细胞分化老观点

坤明

　　
9 @5 k) O3 w  q) d) E生物通报道：加州大学的科学家们发现，在引导干细胞向特定细胞类型分化时，细胞外基质的硬度其实非常重要。在较硬的基质（或水凝胶）中进行培养，绝大多数干细胞会向骨细胞发展。而在较软的基质中培养时，干细胞更倾向于形成较软的组织，比如神经元和脂肪细胞。
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之前人们曾认为，将干细胞结合在基质上的蛋白，也能调节干细胞的分化。但Adam Engler教授领导的这项研究表明，这些蛋白只是一种粘合剂，对干细胞分化其实没有影响。相关论文于八月十日提前发表在Nature Materials杂志的网站上。
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“值得注意的是，细胞在这一个线索下（基质硬度）就决定成为骨细胞，这对于组织工程非常重要，”加州大学圣迭戈分校的Adam Engler教授说。这项新研究验证了Engler此前在基质硬度和干细胞分化方面的工作。4 a( L( o0 J8 j! h4 e
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研究人员指出，细胞会给自己生长的基质施力，使基质发生机械变形，而干细胞分化就是对这种变形的做出的应答。（延伸阅读：Nature子刊：环境硬度影响干细胞分化）8 L: ?2 z/ w! \6 K% T& |
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纤维蛋白是细胞与基质之间的粘合剂，之前的观点认为，纤维蛋白与基质的连接程度（即tethering和基质多孔性）影响着干细胞的分化。然而研究人员通过一些实验证明，不论这种蛋白连接是紧密还是松散，甚至于完全不存在，都不会影响细胞的命运。
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, k4 w) P$ i% F6 M为了阐明这一理念，Engler将基质形容成多孔的海绵，其上覆盖着许多蛋白纤维形成的绳索，这些绳索或松散或紧密地锚定在海绵的孔洞上。研究人员在不改变基质硬度的条件下改变了基质的多孔性，但这样的操作并没有对蛋白tethering、基质变形、成骨分化和脂肪细胞分化产生明显影响。此外研究还显示，只要基质硬度保持不变，纤维蛋白的tethering程度也不会影响上述细胞的分化。
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“我们发现，tethering和孔洞的大小都不会改变细胞的分化情况。”) V7 f8 v4 E# N+ Y4 v4 B6 f2 @% b$ v
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这项研究证实了基质硬度对干细胞分化的重要影响，当然其它一些因素也能在细胞分化的过程中起作用，共同决定的细胞的命运。“我们排除了基质多孔性和tethering，并且进一步强调了硬度的重要性，”Engler说。
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坤明

Interplay of matrix stiffness and protein tethering in stem cell differentiation2 r9 [8 X4 i" D
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Stem cells regulate their fate by binding to, and contracting against, the extracellular matrix. Recently, it has been proposed that in addition to matrix stiffness and ligand type, the degree of coupling of fibrous protein to the surface of the underlying substrate, that is, tethering and matrix porosity, also regulates stem cell differentiation. By modulating substrate porosity without altering stiffness in polyacrylamide gels, we show that varying substrate porosity did not significantly change protein tethering, substrate deformations, or the osteogenic and adipogenic differentiation of human adipose-derived stromal cells and marrow-derived mesenchymal stromal cells. Varying protein–substrate linker density up to 50-fold changed tethering, but did not affect osteogenesis, adipogenesis, surface–protein unfolding or underlying substrate deformations. Differentiation was also unaffected by the absence of protein tethering. Our findings imply that the stiffness of planar matrices regulates stem cell differentiation independently of protein tethering and porosity.
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