date:2025-05-12 10:12:22
想象一下，你的膝蓋受傷了。幾乎瞬間，你的身體就會(huì)啟動(dòng)修復(fù)機(jī)制：皮膚細(xì)胞遷移以閉合傷口，免疫細(xì)胞涌入抵抗感染，血管重組以恢復(fù)循環(huán)。從胚胎發(fā)育的早期階段到受損組織的再生，細(xì)胞遷移是塑造生命本身的核心過(guò)程。
細(xì)胞并非隨機(jī)移動(dòng)——它們遵循精確的信號(hào)，以驚人的準(zhǔn)確性在組織中穿行。這種遷移能力支撐著器官形成、傷口愈合和免疫防御等關(guān)鍵生物學(xué)功能。然而，當(dāng)這種嚴(yán)格調(diào)控的機(jī)制失控時(shí)，可能引發(fā)慢性炎癥、自身免疫疾病甚至癌癥[1]。
那么，細(xì)胞是如何知道該去哪里的?它們?nèi)绾我苿?dòng)?科學(xué)家們?nèi)绾窝芯亢筒倏v這些機(jī)制，以更好地了解健康和疾病?讓我們一起深入探索細(xì)胞遷移這一奇妙的世界。
細(xì)胞如何移動(dòng)?為何移動(dòng)?
細(xì)胞雖不會(huì)“行走”，但其內(nèi)部擁有復(fù)雜的骨架系統(tǒng)，通過(guò)延伸和收縮驅(qū)動(dòng)自身穿過(guò)組織。它們的運(yùn)動(dòng)高度協(xié)調(diào)，受外部信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)級(jí)聯(lián)調(diào)控。廣義上，細(xì)胞遷移機(jī)制可分為三類[2]：
•阿米巴樣遷移：細(xì)胞通過(guò)偽足狀突起擠過(guò)縫隙，類似阿米巴運(yùn)動(dòng)。
•間充質(zhì)遷移：細(xì)胞黏附周?chē)Y(jié)構(gòu)，利用富含肌動(dòng)蛋白的片狀偽足(lamellipodia)和絲狀偽足(filopodia)牽引自身前進(jìn)。
•集體遷移：細(xì)胞群作為協(xié)調(diào)單元共同移動(dòng)，在傷口愈合和胚胎發(fā)育中至關(guān)重要。
遷移策略的多樣性
細(xì)胞遷移在發(fā)育和愈合中的作用
從生命的最初階段起，細(xì)胞就處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在發(fā)育中的胚胎內(nèi)，神經(jīng)嵴細(xì)胞通過(guò)長(zhǎng)距離遷移形成心臟、骨骼和神經(jīng)系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)。若缺乏精確的遷移，將導(dǎo)致出生缺陷和發(fā)育障礙。這種高度協(xié)調(diào)的過(guò)程確保器官和組織在正確的時(shí)間與位置發(fā)育，從而塑造機(jī)體的結(jié)構(gòu)與功能[3]。
在生命后期，細(xì)胞遷移成為傷口愈合和組織再生的核心機(jī)制。當(dāng)組織受損時(shí)，角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞與免疫細(xì)胞協(xié)同修復(fù)損傷。成纖維細(xì)胞遷移至傷口處沉積膠原蛋白以形成新組織，內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)血管生成新血管以恢復(fù)氧氣和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)[4]。免疫細(xì)胞在趨化性引導(dǎo)下涌入損傷部位，對(duì)抗感染、清除碎片并調(diào)節(jié)炎癥[5]。這種復(fù)雜的細(xì)胞協(xié)作確保了高效愈合，同時(shí)避免慢性傷口或過(guò)度疤痕形成。
通過(guò)研究發(fā)育和愈合中的細(xì)胞遷移，科學(xué)家得以深入理解細(xì)胞如何在其微環(huán)境中導(dǎo)航、響應(yīng)信號(hào)并協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。Live-cell imaging 活細(xì)胞成像技術(shù)使研究者能夠?qū)崟r(shí)觀察這些微小“旅行者”，捕捉細(xì)胞如何推動(dòng)、拉動(dòng)與協(xié)作以構(gòu)建組織并修復(fù)損傷。這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示了有序遷移的精妙，也展現(xiàn)了失控后的后果——盡管精準(zhǔn)遷移對(duì)器官構(gòu)建和傷口愈合至關(guān)重要，但細(xì)胞的移動(dòng)能力也可能走向極端：例如在癌癥中，失控的細(xì)胞掙脫束縛并侵襲新領(lǐng)域。
黑暗面：癌癥轉(zhuǎn)移與失控的遷移
雖然受控的遷移對(duì)于生命至關(guān)重要，但細(xì)胞的移動(dòng)能力也可能導(dǎo)致致命的疾病。癌癥最令人恐懼的方面之一是轉(zhuǎn)移，即腫瘤細(xì)胞脫離、通過(guò)血液或淋巴系統(tǒng)傳播并在遠(yuǎn)處器官中建立繼發(fā)性腫瘤的過(guò)程[6]。癌細(xì)胞利用許多與正常細(xì)胞相同的機(jī)制，但帶有一種危險(xiǎn)的轉(zhuǎn)變：
•上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)：增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)性以脫離原發(fā)腫瘤。
•無(wú)視停止信號(hào)：突破組織屏障。
•劫持血管生成：利用新生血管作為轉(zhuǎn)移通道[7]。這些新血管為癌細(xì)胞通過(guò)身體遷移提供了直接途徑，使它們能夠進(jìn)入遠(yuǎn)處器官，在那里它們可以建立繼發(fā)性腫瘤并推動(dòng)疾病進(jìn)一步發(fā)展。
癌癥轉(zhuǎn)移中的失控遷移
細(xì)胞遷移與癌癥之外的疾病
雖然癌癥轉(zhuǎn)移是不受控制的遷移最臭名昭著的例子，但異常的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)也與以下其他疾病有關(guān)：
•炎癥性疾?。?/strong>在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和哮喘等疾病中，免疫細(xì)胞過(guò)度遷移，導(dǎo)致慢性炎癥和組織損傷。
•神經(jīng)退行性疾病：發(fā)育過(guò)程中神經(jīng)元的異常遷移與癲癇和精神分裂癥等疾病有關(guān)[8]。
•纖維化：當(dāng)成纖維細(xì)胞過(guò)度侵襲性遷移時(shí)，過(guò)多的疤痕組織會(huì)在肺(肺纖維化)或肝臟(肝硬化)等器官中形成，從而損害功能[9]。
科學(xué)家如何研究細(xì)胞遷移?
研究細(xì)胞遷移對(duì)于理解關(guān)鍵生物學(xué)過(guò)程至關(guān)重要，包括組織修復(fù)、免疫反應(yīng)和癌癥轉(zhuǎn)移。然而，傳統(tǒng)的遷移分析通常面臨重現(xiàn)性、生理相關(guān)性和實(shí)時(shí)觀察方面的挑戰(zhàn)。研究人員不斷改進(jìn)方法，以克服這些局限性并更深入地了解細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。
傷口愈合實(shí)驗(yàn)
傷口愈合分析用于研究細(xì)胞如何遷移以閉合間隙，模擬體內(nèi)組織修復(fù)過(guò)程。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于再生、纖維化和腫瘤細(xì)胞遷移的研究。然而，傷口大小和形狀的不一致會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的可變性，而機(jī)械刮擦可能會(huì)影響細(xì)胞行為。使用明確的無(wú)細(xì)胞間隙代替手動(dòng)刮擦有助于確保更具可重復(fù)性和可量化的傷口愈合實(shí)驗(yàn)。
ibidi解決方案：與傳統(tǒng)的劃痕實(shí)驗(yàn)相比，ibidi Culture-Inserts劃痕插件可創(chuàng)建精確、無(wú)細(xì)胞和無(wú)碎屑的間隙。這使得不同傷口愈合和細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)具有出色的可重復(fù)性和準(zhǔn)確的可比性。
趨化性實(shí)驗(yàn)
趨化性分析檢查細(xì)胞如何響應(yīng)化學(xué)梯度移動(dòng)，在免疫反應(yīng)、胚胎發(fā)育和癌癥轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
傳統(tǒng)方法：Boyden小室缺乏實(shí)時(shí)可視化，從而將分析限制為終點(diǎn)測(cè)量，并且提供的關(guān)于遷移模式的見(jiàn)解有限。
ibidi解決方案：µ-Slide Chemotaxis細(xì)胞趨化載玻片提供在2D和3D環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)趨化性測(cè)量，從而可以在受控梯度下詳細(xì)觀察細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。這使得研究人員能夠連續(xù)跟蹤遷移動(dòng)態(tài)，從而提供更準(zhǔn)確和定量的定向運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞行為分析。
µ-Slide Chemotaxis
出芽和侵襲實(shí)驗(yàn)
出芽和侵襲分析用于研究細(xì)胞如何侵入周?chē)M織，這是血管生成、癌癥轉(zhuǎn)移和組織重塑中的一個(gè)重要過(guò)程。在出芽分析中，內(nèi)皮細(xì)胞形成新的毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)，模擬血管形成。在侵襲分析中，癌細(xì)胞或基質(zhì)細(xì)胞遷移到3D基質(zhì)中，復(fù)制腫瘤浸潤(rùn)。
傳統(tǒng)方法：通常依賴于復(fù)雜的共培養(yǎng)系統(tǒng)或人工支架，可能無(wú)法完全復(fù)制生理?xiàng)l件。
ibidi解決方案：µ-Slide Angiogenesis和micro-Insert 3D為在特定條件下研究細(xì)胞出芽和侵襲提供了可控的環(huán)境，ibidi的這些系統(tǒng)支持高分辨率成像，使研究人員能夠在更具生理相關(guān)性的環(huán)境中分析血管形成和腫瘤細(xì)胞侵襲的動(dòng)態(tài)。
Transwell遷移實(shí)驗(yàn)
Transwell遷移分析通常用于研究細(xì)胞如何穿過(guò)多孔膜，模擬諸如血腦屏障或內(nèi)皮層之類的組織屏障。它經(jīng)常應(yīng)用于癌癥研究、免疫學(xué)和藥物測(cè)試。雖然傳統(tǒng)的Transwell分析對(duì)于研究細(xì)胞遷移有效，但它們可能無(wú)法完全復(fù)制天然體內(nèi)條件的復(fù)雜性，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ褂貌荒芡耆M細(xì)胞外基質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)的人工膜。此外，這些分析可能會(huì)限制顯微鏡的可及性和可視化，從而阻礙對(duì)細(xì)胞行為的實(shí)時(shí)觀察。
ibidi解決方案：micro-Insert 3D提供了一種更相關(guān)且更易于訪問(wèn)的替代方案，提供了一種天然的3D環(huán)境，無(wú)需使用人工膜，從而可以更好地進(jìn)行顯微鏡觀察，并準(zhǔn)確觀察在更接近天然組織條件下的細(xì)胞侵襲和遷移。
微流控實(shí)驗(yàn)
微流控系統(tǒng)使研究人員能夠研究流體流動(dòng)和剪切應(yīng)力如何影響細(xì)胞遷移——這些因素在血管生物學(xué)、轉(zhuǎn)移和組織工程中起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的靜態(tài)培養(yǎng)條件無(wú)法復(fù)制這些動(dòng)態(tài)環(huán)境，從而限制了遷移研究的生理相關(guān)性。整合了受控流動(dòng)條件的實(shí)驗(yàn)裝置可幫助研究人員分析剪切應(yīng)力和間質(zhì)流動(dòng)如何影響細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和粘附。
傳統(tǒng)靜態(tài)培養(yǎng)無(wú)法模擬血流剪切力。
ibidi解決方案：µ-Slide I Luer 3D載玻片與ibidi Pump System泵系統(tǒng)相結(jié)合，能夠?qū)?xì)胞的穿膜遷移進(jìn)行可控研究。將內(nèi)皮細(xì)胞置于管腔側(cè)，癌細(xì)胞置于基底層側(cè)，模擬體內(nèi)條件，可施加剪切應(yīng)力以進(jìn)行真實(shí)的流體流動(dòng)研究。
研究細(xì)胞遷移ibidi解決方案與傳統(tǒng)方法對(duì)比的凸顯優(yōu)勢(shì)
細(xì)胞遷移研究的未來(lái)展望
細(xì)胞遷移是生物學(xué)中最基本但又最復(fù)雜的過(guò)程之一。它決定了我們?nèi)绾伟l(fā)育、如何愈合，以及 ——當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)——疾病如何發(fā)展。通過(guò)研究這一復(fù)雜的過(guò)程，研究人員可以解鎖從傷口愈合到癌癥治療的各種新療法。
借助先進(jìn)的活細(xì)胞成像、micropatterned environments微圖案化環(huán)境[10]和微流控系統(tǒng)等前沿工具，科學(xué)家們現(xiàn)在能夠以前所未有的精度觀察和操控細(xì)胞遷移。這些技術(shù)正在為未來(lái)的發(fā)現(xiàn)鋪平道路，也許有一天，它們將幫助我們阻止癌癥的發(fā)展，加速組織再生，并更好地理解細(xì)胞層面的生命奧秘。
在我們繼續(xù)探索細(xì)胞的 “大逃亡” 時(shí)，有一點(diǎn)是明確的：理解遷移不僅僅是觀察細(xì)胞的移動(dòng) —— 而是要揭開(kāi)生命本身的奧秘。
參考文獻(xiàn)
[1] Pourjafar, M. and V.K. Tiwari, Plasticity in cell migration modes across development, physiology, and disease. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2024. 12.
[2] Kunwar, P.S., D.E. Siekhaus, and R. Lehmann, In vivo migration: a germ cell perspective. Annu Rev Cell Dev Biol, 2006. 22: p. 237-65.
[3] Kurosaka, S. and A. Kashina, Cell biology of embryonic migration. Birth Defects Res C Embryo Today, 2008. 84(2): p. 102-22.
[4] Mayya, C., et al., Mechanisms of Collective Cell Migration in Wound Healing: Physiology and Disease, in Wound Healing Research: Current Trends and Future Directions, P. Kumar and V. Kothari, Editors. 2021. Springer Singapore: Singapore. p. 55-74.
[5] Delgado, M.G. and A.-M. Lennon-Duménil, How cell migration helps immune sentinels. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2022. 10.
[6] Aceto, N., et al., Circulating tumor cell clusters are oligoclonal precursors of breast cancer metastasis. Cell, 2014. 158(5): p. 1110-1122.
[7] Reisenauer, K., The Other EMT: Exploring the controversial driver of metastasis, Z. Tang, Editor. 2019: Oncobites,The Latest in Cancer Research, simplified.
[8] Esteve, D., et al., Adult Neural Stem Cell Migration Is Impaired in a Mouse Model of Alzheimer's Disease. Mol Neurobiol, 2022. 59(2): p. 1168-1182.
[9] González, D., et al., Role of WISP1 in Stellate Cell Migration and Liver Fibrosis. Cells, 2024. 13(19).
[10] Li, Y., et al., Advances in Regulating Cellular Behavior Using Micropatterns. Yale J Biol Med, 2023. 96(4): p. 527-547.
ICP備案號(hào)：
滬ICP備15057650號(hào)-1
滬公網(wǎng)安備31011202005471
雷萌生物科技(上海)有限公司 保留所有版權(quán).
