組織細(xì)胞對基板硬度的感應(yīng)與回答

1、組織細(xì)胞對基板硬度的感應(yīng)與回答1 1 2Dennis E. Discher, * Paul Janmey, Yu-li Wang正常的組織細(xì)胞懸浮在液體流中， 一般是不可行的， 它需要錨定一個位點。 這類細(xì)胞必須黏附在一種固體上，但這種固體往往跟草一樣，或者比嬰兒的皮 膚還要柔軟。軟材料上細(xì)胞的一些行為具有典型的重要顯型；比如說，軟瓊脂 凝膠上細(xì)胞的生長被用來鑒別癌細(xì)胞。然而，當(dāng)定量研究黏附在（可以模擬近 似內(nèi)環(huán)境彈性的）凝膠體（或在其他細(xì)胞）上的細(xì)胞時，有關(guān)組織細(xì)胞（包括 纖維原細(xì)胞、肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和其他細(xì)胞類型）間質(zhì)硬度的理解問題便出現(xiàn) 了。黏著復(fù)合物以及肌動蛋白和肌球蛋白構(gòu)成的細(xì)胞骨架

2、在分子途徑中扮演關(guān) 鍵角色，它們的收縮力量可以跨細(xì)胞結(jié)構(gòu)進行傳播。（錨定位點處）細(xì)胞間質(zhì) 硬度在細(xì)胞水平上的回饋很可能對他們的發(fā)育、 分化、病變和傳代有重要意義。錨定位點依賴指的是細(xì)胞需要黏附在固體上。大多數(shù)組織細(xì)胞分裂和懸浮在流體中式完全不可行的 ，即使加入可溶性蛋白招募細(xì)胞粘附分子，Ee.g整合素結(jié)合的RGD肽（1, 2）八。流體與固體的明顯不同之處在于：當(dāng)受到壓力 時，流體流動，然而固體有能力抵御持續(xù)的推動力和拉動力。在大多數(shù)軟組織 中皮膚，肌肉，大腦等的黏著細(xì)胞外加細(xì)胞外基質(zhì)，共同建立了一個相對 有彈性的微環(huán)境。宏觀上，固體組織具有明顯的彈性，它能在經(jīng)受溫和的舒張 和收縮，甚至是持續(xù)的

3、壓縮（比如說坐）后，幾秒鐘內(nèi)恢復(fù)原有形狀。 在細(xì)胞水平上，錨定和穿插在環(huán)境中的正常組織細(xì)胞被查明是有彈性的。 這個過程部分依賴于以肌球蛋白為基礎(chǔ)的收縮和跨細(xì)胞粘連，主要是通過整合 素、鈣粘素，也許還有其他粘附分子來將力量轉(zhuǎn)交到基板上。 一個正常的組織細(xì) 胞不僅能運用力量，而且能承受它，并通過細(xì)胞骨架組織（以及其他細(xì)胞過程） 對（細(xì)胞感受到的） 阻力做出回應(yīng)， 不管阻力是自正常組織基質(zhì)， 還是合成底物， 甚至是鄰近的細(xì)胞。此外，疾病可以改變組織的物理性質(zhì) （就像現(xiàn)在磁共振成像（MRI）或超聲彈性成像展現(xiàn)的那樣（3-5）八），以及細(xì)胞對基質(zhì)穩(wěn)定性的反應(yīng) 也同樣發(fā)生變化，正如插圖“軟瓊脂上癌細(xì)胞生長

4、”說明的那樣Ee.g.，（ 6）A。在細(xì)胞中， 收縮力量通過肌動蛋白和肌球蛋白絲的交叉相互作用而產(chǎn)生。 對 于黏著細(xì)胞來說，部分收縮力量會被傳輸?shù)交迳希ū热缯f牽引力） ，并導(dǎo)致襯 底的薄膜或軟凝膠起皺或凹陷（7-12）（圖1A）。細(xì)胞，反過來，通過調(diào)整它的 黏連、細(xì)胞骨架和整體狀況來回應(yīng)基板的抵抗，。盡管相當(dāng)多的注意力都集中在 單個細(xì)胞對（13）外部力量（外部因素）（從流體流動到直接拉伸和局部扭曲）反 應(yīng)的研究上，但我們現(xiàn)在才開始認(rèn)識到，細(xì)胞對施加壓力的響應(yīng)包括一個內(nèi)外因 素作用的反饋循環(huán)，此循環(huán)與細(xì)胞外微環(huán)境彈力有聯(lián)系。 對類推肌肉建造也許有 用：一個二頭肌不會被動的彎曲；肌肉一定是積極地

5、應(yīng)對負(fù)載物。此外， 1公斤 載荷明顯感到不同于2公斤的載荷。類似的敏感、生長和改造原則似乎適用于大 多數(shù)錨定細(xì)胞。(edM)CCP-V 云 EQlrH Q圖。1?；讘?yīng)變和組織剛度。（一）應(yīng)變估計分布在一個細(xì)胞下面的軟基質(zhì)中。一個圓形的細(xì)胞從邊緣到核附近，都有一致的、持續(xù)的收縮應(yīng)力（81）。（二）軟組織在力的作用下延長，說明了其對壓力的應(yīng)變（每一代表性的區(qū)域）。組織在斜坡上遭受一個小的壓力，斜坡的范圍為每個組織給出了楊氏彈性模量E,范圍（24, 28, 30）。測量單位通常以幾秒鐘到幾分鐘，以及帕斯卡爾（PA） 的SI單位為尺度。虛線（-）是：（1）一個普通的組織工程聚合物（PLA）（89）

6、; （2）動脈起源的非細(xì)胞基質(zhì)（90）。在不同硬度并涂有配體的凝膠上，上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞（14）是第一個被 報告具有檢測和明顯應(yīng)對軟硬基質(zhì)的細(xì)胞。 雖然分子途徑仍只是部分已知，但自 從報告后，肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和許多其他組織細(xì)胞也發(fā)現(xiàn)具有能感知基板硬度 的能力（ 15-17）。不像在軟凝膠體或組織中的細(xì)胞，組織培養(yǎng)中的塑料或玻璃制 蓋玻片上培養(yǎng)的細(xì)胞 （往往通過吸附的基質(zhì)蛋白） ，實質(zhì)上是附在剛性材料上的。 問題因此出現(xiàn)：細(xì)胞對這些傳統(tǒng)材料剛性的認(rèn)知和回應(yīng)方式與他們在更加適應(yīng)的 組織、凝膠體、 亞層細(xì)胞中的行為是相反的嗎？日益明顯， 這個問題的正確答案 似乎對標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞的培養(yǎng)，而且，也許，對了

7、解疾病過程、形態(tài)和組織修復(fù)策略有 重要影響。軟組織基準(zhǔn)細(xì)胞黏附固體基質(zhì)的剛度范圍從軟到硬， 而且剛度也隨地形和厚度變化 （例 如，基底膜）。無論幾何圖像如何，固體應(yīng)對壓力的內(nèi)在抗拒力可以被固體彈性 模量 E 測量出來，這是力的最簡單應(yīng)用，如懸掛砝碼到一部分組織或其它材料 上，然后測量相對變化長度或張力（圖1B,插入物）。另一種獲得同樣數(shù)據(jù)常見 的方法是電子涉及宏觀戳控制和微觀壓頭， 其中包括原子力顯微鏡 （ AFMs）（ 18， 19）。許多組織和生物材料展示一個相對線性應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，達到小應(yīng)變力 的 10 至 20。在細(xì)胞（ 20）所施加的為小壓力時，斜坡的應(yīng)力與應(yīng)變力 E 是相 對恒定

8、的，盡管在更高應(yīng)力下材料變硬（增加 E）是正常的（21, 22）。雖然如 此，微觀上自然和合成基質(zhì) 例如，膠原纖維和聚合物的類似物（ 23） 表明有許 多細(xì)微的組織機械， 特別是與細(xì)胞感覺最相關(guān)的長度和時間尺度。 樣品制備或狀 態(tài)則是另一個明顯的問題， 例如， 整個腦袋彈性模量的宏觀測量， 可被 2個或更 多的因素改變，這取決于具體的準(zhǔn)備工作、組織灌注等（24）。此外，細(xì)胞以及組織的許多探索方法，涉及到高頻壓力（ 25），然而細(xì)胞產(chǎn)生張力的時間尺度， 似乎僅從幾秒鐘到數(shù)小時， 從而激發(fā)了人們對細(xì)胞流變的長期研究 引用最近的 細(xì)胞力學(xué)（ 26， 27） 。無論怎樣，通過比較含許多不同類型細(xì)胞的三

9、個不同組 織，表明腦組織比肌肉軟，肌肉比皮膚軟。雖然，繪制軟組織微小彈力的經(jīng)典決 議在組織學(xué)來說似乎是重要的， 但這里牽連到皮膚中上皮細(xì)胞和纖維原細(xì)胞、 光 學(xué)纖維束中微管以及腦組織中神經(jīng)細(xì)胞彈性微環(huán)境的解散。 wr dynartwc乓&ii 爐已Lower ceflIU pper ceU圖2?；讋偠扔绊?zhàn)ぶ?結(jié)構(gòu)及其動態(tài)（14）、細(xì)胞骨 架的組裝和細(xì)胞擴散（17, 42），以及諸如肌管（28）條 紋的分化過程。（頂部）箭頭指向軟凝膠上的動態(tài)和靜 態(tài)粘連，以及硬凝膠上的黏著 斑。摘自（14）（中部）肌 動蛋白的細(xì)胞色素骨架。（底 部）在細(xì)胞累積的分層中，下 層首先黏附玻璃，所以（可與

10、 后來加入的成肌細(xì)胞融合）上 層細(xì)胞能夠感應(yīng)軟的細(xì)胞基 質(zhì)。逐漸增加的細(xì)胞粘連與漸增的細(xì)胞收縮性之間的相互關(guān)系在很久以前都已經(jīng)弄清楚了 例如，（31）， 但現(xiàn)在似乎很明顯，對于許多類型的細(xì)胞，基體剛度的觸覺，可反作用于其粘附 物、細(xì)胞骨架以及凈收縮力量。利用薄的并與膠原共價連接的無活性聚丙烯酰胺凝膠，研究精囊的上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞（14）。這種粘合配劑容許細(xì)胞附著， 并通過聚合物在凝膠上的橫向交叉程度來控制，E可在幾個數(shù)量級（從極軟到硬） 間進行變換。粘附蛋白的圖像，如紐蛋白是有啟迪作用的（圖2,頂部）：低交聯(lián)的軟凝膠（E E 1千帕）顯示（細(xì)胞）彌漫、動態(tài)的粘著復(fù)合物。相比之下， 高交聯(lián)的硬

11、凝膠（E E 30至100千帕）上細(xì)胞顯示有穩(wěn)定粘著斑，粘附在玻璃上 的細(xì)胞也具有這些典型現(xiàn)象。同樣，起源于三維空間基質(zhì)的細(xì)胞硬化可以改變?nèi)?維空間基質(zhì)的粘連度，因為這些黏附物被大且分散的黏著斑取代，這些黏著斑近 似于纖維連接蛋白的固定二維基質(zhì)上的 （黏著斑）（32）。與信號在剛度檢測中扮 演的角色一致，更硬的凝膠基板上，細(xì)胞中多種蛋白質(zhì)的酪氨酸磷酸化 （包括樁 蛋白）出現(xiàn)廣泛增強（14），然而藥理學(xué)引發(fā)的非特異性磷酸化能夠驅(qū)動黏著斑在軟材料上形成。 抑制肌動球蛋白收縮， 相反，在很大程度上消除了突出的黏著 斑，而收縮刺激驅(qū)動整合素聚集進入粘連處（ 33）。此外，雖然微管被認(rèn)為是細(xì) 胞的支柱，

12、 并因此阻止了細(xì)胞起皺， 但量化其對凝膠上細(xì)胞的貢獻時， 發(fā)現(xiàn)微管 僅提供了一小部分對抗壓力的抵抗力，更多的則是由細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)來提供的。凝膠成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的牽引力（ t ，單位面積的力），第一次由嵌入凝膠表面 附近的熒光微球映射出來， 并且繪制出細(xì)胞脫落前后的成像珠轉(zhuǎn)移情況 （10，20）。 雖然較大面力施加到更堅硬的凝膠上， 但拖延培養(yǎng)基上任何細(xì)胞涂布不均勻的粘 性流體阻力的數(shù)量級都超過了典型的 btA E 1 kPa 面力。此外，平均細(xì)胞面力與（兩膠之間）差異很小的平均凝膠張力相等（力差0 bt/E d ; 3 to 4%但在楊氏 彈性模量 E 中卻相差一倍。這表明，力差被細(xì)胞作為觸覺調(diào)整點

13、，也許類似于 其他生理調(diào)整點， 如細(xì)胞外離子濃度或最優(yōu)生長因子的濃度。 此外，如果基體應(yīng) 變力近似不變， 則軟凝膠上細(xì)胞比硬凝膠上的收縮程度小一些； 如果它們收縮小 一些，那么他們的粘連就不必那么強了。 這與通過減少（剝離軟凝膠與玻璃 （28） 上細(xì)胞的） 力而測得的細(xì)胞結(jié)合降低的程度一致。 這也與軟基質(zhì)上動態(tài)的粘連相 一致（圖 2，頂部）。熒光成像也顯示愈加僵硬的基質(zhì)上，成纖維細(xì)胞日益增加 F -肌動蛋白和應(yīng)力纖維的形成（圖 2，中）。神經(jīng)細(xì)胞，相反地，似乎很少增加它 們對基板的壓力，因為他們只能夠使非常柔軟的凝膠變形（ 36）。神經(jīng)元能在更 加柔和的基板上分支（ 37），可能是因為如果結(jié)構(gòu)

14、少，則細(xì)胞骨架會更柔韌。 分化與細(xì)胞接觸假說肌肉組織細(xì)胞的細(xì)胞骨架也取決于基底剛度， 并揭示了條紋肌動球蛋白的最 佳基板剛度（ 28，38）肌管收縮元素。非常軟的凝膠（用膠原蛋白帶式微） 上培養(yǎng)幾周后，可得到良好的分離肌管并且肌動球蛋白在培養(yǎng)基上也擴散開來。 非常硬的凝膠及玻璃微圖形上， 應(yīng)力纖維和強大的粘著斑占主導(dǎo)地位， 表明等體 積收縮狀態(tài)的存在。值得注意的是，不過，在近似于放松肌肉束彈性（E e10千 帕）的凝膠上， 肌動球蛋白條紋肌管占培養(yǎng)基上微管的很大一部分。 當(dāng)細(xì)胞就在 肌肉細(xì)胞培養(yǎng)的第一層頂部時，肌動球蛋白條紋更為突出（圖2）。下面的肌管緊緊地黏附在玻璃上， 并且形成豐富的應(yīng)力纖

15、維， 而上面的肌管則趨向于形成更 多與眾不同的生理和條紋狀態(tài)。 雖然細(xì)胞間的接觸可能提供額外信號， 但微管的 楊氏彈性模量E,就像原子力顯微鏡測量的那樣， 認(rèn)為在一定范圍內(nèi)凝膠的優(yōu)化 導(dǎo)致了分化，重要的是，這個范圍與正常肌肉組織的范圍相同。對于系統(tǒng)（除了肌肉）來說，細(xì)胞與細(xì)胞接觸似乎產(chǎn)生相似的細(xì)胞凝膠效應(yīng)。 生長在玻璃上的星形膠質(zhì)細(xì)胞， 例如，似乎提供軟質(zhì)細(xì)胞以適合神經(jīng) （類似于凝 膠具有類人腦 E 的）分支的 ''基質(zhì) ''（39）。當(dāng)細(xì)胞處于高密度種植時，細(xì)胞與細(xì) 胞接觸可能產(chǎn)生類似的效果。 當(dāng)內(nèi)皮細(xì)胞匯合時， 軟、硬基底上細(xì)胞具有不可辨 認(rèn)的形態(tài)， 而細(xì)胞

16、只依附于底層硬表面， 從而使其具有不同的分布和細(xì)胞骨架組 織（圖 2）。有關(guān)結(jié)果顯示上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞以及心肌細(xì)胞有集合和形成細(xì) 胞間接觸的趨勢，特別是在軟凝膠上（ 41）。這些研究可以幫助聯(lián)合國更好地理 解，在胚胎和組織再生過程中，細(xì)胞相互作用時的細(xì)胞機械靈敏度。從纖維蛋白膠材料、微加工等支柱層到層聚合物集合（ 41-45），盡管膠體密 度和長期彈性可能有差異，但所有的（用楊氏彈性模量 E 檢測）都表明有形成 更多細(xì)胞骨架以及更大的、更穩(wěn)定粘連的傾向。然而， （它們）對停泊依賴細(xì)胞 和/或相對收縮細(xì)胞的反映卻是獨特的。高速游動的變形細(xì)胞，如人體中性粒細(xì) 胞在血液（流體）中穿行是完全可行的，

17、似乎對襯底剛度并不敏感;不論是否有活性，它在軟凝膠上的擴散與它在硬膠體和玻璃上的擴散相當(dāng)（46-48）。雖然需要更多的研究來證明配體依賴， 但與固體組織源性細(xì)胞的初步對比， 說明有迫切 需要了解 （有關(guān)錨定位點和伸縮力） 剛度感應(yīng)分子途徑的必要。 細(xì)胞類型的變化 意味著一種積極的、 有規(guī)律的回應(yīng)， 而不是整個細(xì)胞都需要施加牽引力到硬的基 質(zhì)上。差異無疑在一定程度上取決于基因表達及粘附分子接觸。 據(jù)說整合素通過 粘附調(diào)節(jié)的構(gòu)象變化來響應(yīng)作用力（ 49），它們也似乎將作用力下調(diào)到軟凝膠上 例如，第 5 條，整合素（ 40）。然而，過度表達的的整合素在有限的軟凝膠細(xì) 胞擴散范圍內(nèi)不被考慮， 但是，過

18、表達的肌動蛋白能驅(qū)動細(xì)胞骨架組裝， 并將其 大力推廣傳播（ 17）。信號與分子效應(yīng)器的非線性響應(yīng)肌球蛋白抑制劑，包括一個強有力的非肌肉肌球蛋白U抑制劑等（50）為收縮在基板感應(yīng)中扮演關(guān)鍵角色提供了重要依據(jù)（ 14， 38）。據(jù)報道，重要角色也 存在于整合（Ras超家族蛋白的）催化蛋白過程中，特別是 Rho超家族成員，它 被廣泛認(rèn)為能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架、 細(xì)胞生長和轉(zhuǎn)錄。 在細(xì)胞如纖維原細(xì)胞中， 它是 一個公認(rèn)的事實，即 Rho 蛋白刺激產(chǎn)生的收縮應(yīng)力驅(qū)動纖維和粘著斑的形成，并且上行調(diào)控，使平滑肌的肌動蛋白與剛性襯底的收縮建立聯(lián)系（33, 51）。Rac1是另一個Rho家族蛋白，當(dāng)其在巨噬細(xì)胞中活化

19、時，能促進包被抗體小泡吞噬， 否則不被吞噬（48）。RhoA與此相反，在這些檢測中沒有顯著的影響。關(guān)于信 號（特別是各種（圖3a）物理信號）途徑的普遍觀點，細(xì)胞運動（與收縮性） 明顯牽扯到Rac蛋白，實際上，抑制肌球蛋白能使 Rac蛋白激活（52）。女口 “細(xì) 胞與凝膠”效應(yīng)（包括上皮細(xì)胞（14）、成纖維細(xì)胞（20）、平滑肌細(xì)胞（53, 54） 研究表明的那樣，細(xì)胞效應(yīng)中，彈性效應(yīng)蛋白的參與，暗示細(xì)胞運動也可能是對 基板硬度敏感的一種反應(yīng)（圖3B）。后者類型的細(xì)胞，其運動速度在中間硬度的 基板上出現(xiàn)最大值。其結(jié)果是讓人想起了“運動速度一一配體濃度”的鐘形曲線（55），此曲線已在數(shù)學(xué)中作為（配體

20、介導(dǎo)的牽引和配體介導(dǎo)的錨定（56）之間的）平衡轉(zhuǎn)換模型。此外，Rho激酶能讓凝膠上的平滑肌細(xì)胞運動速度減慢， 這表明有活性的RhoA蛋白有助于增加（分離游動細(xì)胞后方存在的粘連物 （此過 程不適合吞噬作用）所需的張力（57）。硬基板（尤其是在漸變的硬度）上細(xì)胞 爬行速度和方向（特別是傾斜度）依賴于現(xiàn)在所指的“耐性”（20）。Physicai signalingTopographic cuesCeil siretcti. shtear. etcAnchorageand/orFoce cortactsCyloskeieiQn &CorrtracnliiyRiicGk3D 曲FtWFronta

21、lR0FKjnaseFocal ctsmpiex&sAutlhngTurn over«n sM«dMotility圖。3?；讋偠扔绊懯湛s，運動，和傳播。（一）物理和化學(xué)信號的相互作用以收縮和細(xì)胞信號的方式反饋給基質(zhì)剛度。（二）細(xì)胞施加較少壓力給較軟的、有膠原質(zhì)涂層的凝膠時，細(xì)胞運動速度更快（ 20），導(dǎo)致其在軟到硬梯度凝 膠上積累到硬的一端（ 54）。示意曲線圖。 摘自（ 54）（三）細(xì)胞擴散領(lǐng)域跟 平滑肌細(xì)胞與基體的密度和硬度的關(guān)系，是通過熱力學(xué)模型（17）測量得來的。類似的非線性反應(yīng)同樣也存在于粘連作用、 細(xì)胞骨架組織、 施加基板的牽引力和 其他細(xì)胞過程中。分

22、子機制包括對基板硬度的分子反應(yīng)仍然有待調(diào)查， 但似乎必須考慮 “內(nèi)外 因素”和“外部因素”的途徑（圖 3A）親密關(guān)系（或沒有）。細(xì)胞在硬基板上 的黏附性受多種因素調(diào)節(jié) 復(fù)審,見例（ 5） ，并且,一方面，收縮似乎調(diào)節(jié)附著結(jié) 構(gòu)的形成與動力（ 14）。事實上，肌球蛋白 II 具有使剛性基板上粘附和細(xì)胞骨架 組織（33）完善的作用 ,以及散布（ 58）和產(chǎn)生細(xì)胞張力的作用（ 13）。另一方面， 對細(xì)胞運用外部壓力 （外部因素） 導(dǎo)致其對剛性材料粘性的增長， 此粘著帶或不 帶肌球蛋白（ 59）的收縮力量。然而，內(nèi)外因素的活動通過引發(fā)鈣瞬變、活化鈣 調(diào)蛋白和肌球蛋白 II 的活性，可能引發(fā)外因素途徑

23、,諸如開放壓力激活通道 （60）。從外部因素角度的更多工作表明，良好伸展的細(xì)胞在不影響 Rho 活性的情 況下可以使Rac蛋白失活（G30分）（52）。拉伸也可以為催化劑和輔酶創(chuàng)造新的 細(xì)胞骨架結(jié)合位點（ 61），從而改變伸長和收縮的平衡。該機制可能涉及揭示腳 手架結(jié)合位點或其他活動的構(gòu)象變化； 例如，一個關(guān)鍵的粘著蛋白， 必須多方面 展開以與紐蛋白結(jié)合（ 62-64），雖然展開力量的來源尚不清楚，但類似的螺旋狀 包扎的細(xì)胞骨架蛋白展開所需的力量， 則是由少數(shù)肌球蛋白分子產(chǎn)生。 另一方面， 流體丟失內(nèi)皮細(xì)胞，可激活 Rho蛋白并增加細(xì)胞牽引力（65）,這種刺激或短暫 或持續(xù)，則依賴于肌球蛋白的

24、活性， 但此刺激與局部基板牽拉力或基板順從效 應(yīng) 的比較仍然不清楚。雖然收縮的影響和效應(yīng)可以是短暫的和非線性的， 但仍然必須闡明。 伸長引 起Rac蛋白短暫性失活的機制可能需要經(jīng)過一段時間的綜合，以了解它在信號中 的地位（ 66），雖然肌球蛋白 II 的活動在硬度感覺中是至關(guān)重要的，但在硬基板 上它除了通過皮層變硬延誤早期階段的細(xì)胞擴散（用 E2 小時）之外沒看到還有 什么其它的作用。 過度刺激肌球蛋白就像過度刺激多數(shù)馬達一樣， 也可能導(dǎo)致細(xì) 胞遷移速度放緩甚至停止。 此效應(yīng)可能涉及較少的動態(tài)球蛋白組裝， 并逐步形成 更堅硬的基板，促進更大、更穩(wěn)定的粘著。以肌動蛋白、肌球蛋白、腺苷混合物5 ?

25、-三磷酸（ATP）和交聯(lián)劑為材料的重組實驗可能提供了一個了解馬達驅(qū)動 自組裝過程的重要途徑。機械信號在細(xì)胞和分子水平上的各種反應(yīng)越來越需要多變量分析。 需要更多 的數(shù)據(jù)解釋有關(guān)基板硬度、收縮狀態(tài)、膠體密度、激活水平、以及生長因子刺激 影響方面的耦聯(lián)反應(yīng)。 一些研究已經(jīng)顯示非線性的響應(yīng)圖譜， 通過凝膠上細(xì)胞的 擴散區(qū)域可加以說明（圖3C）。建模已經(jīng)為熱動力學(xué)（17，68）、動力學(xué)（56） 以及細(xì)胞間相互作用提供了純機械的數(shù)據(jù)（ 69），但它們通常會產(chǎn)生飽和的甚至 在楊氏彈性模量 E 中呈鐘形及其他的特殊反應(yīng)、 。所有建模的主要挑戰(zhàn)是闡明首 要問題：細(xì)胞如何通過增加細(xì)胞基板硬度來產(chǎn)生收縮牽引力？

26、在器官形成過程中細(xì)胞能否感應(yīng)路徑的存在？在收縮力方面， 細(xì)胞類型的增加依賴于基板剛性的日益增加， 這可以部分解 釋細(xì)胞形成組織時長期存在的一些問題。 隨機組合兩種類型細(xì)胞常常導(dǎo)致殼核細(xì) 胞的聚集（圖 4），就像首先觀察到的培養(yǎng) 1 天后，分離的心臟細(xì)胞進入大 量視網(wǎng)膜細(xì)胞的內(nèi)部（ 70）。細(xì)胞遠(yuǎn)離彼此則形成單個體細(xì)胞團（ 71）。這些意見 已被廣泛采用，通過印章法將細(xì)胞團塊移到圓寶形或其他形狀的凝膠上進行細(xì)胞 群體形態(tài)的操縱（ 72）。“微分黏著假設(shè)”被用來解釋這種現(xiàn)象，它認(rèn)為不同類型 的細(xì)胞具有不同數(shù)量和類型的粘附蛋白（如鈣粘素） ，粘附蛋白在細(xì)胞層分界面 形成有效的表面張力 （73）。雖然

27、細(xì)胞骨架和細(xì)胞緊張狀態(tài)的可能作用尚未報告， 但斑馬魚胚胎（ 74）的研究顯示：（一）肌動蛋白纖維細(xì)胞中斷可完全分離細(xì)胞， 即使鈣粘蛋白仍然存在于細(xì)胞表面 ;（二）多種藥物可經(jīng)抑制肌動球蛋白收縮而 增強上述效果。定量估計聚集成球狀的鈣粘蛋白表達細(xì)胞間的作用力（ 73），超過了脂質(zhì)雙 分子層內(nèi)聚力強度的比率依賴程度 低至 2至 3mN/m （75） ，并說明其單位黏 附能力比預(yù)期的單個細(xì)胞鈣粘素綁定能力要大幾個數(shù)量級。 如此龐大的細(xì)胞間作 用力可能是由于細(xì)胞骨架甚至伸縮力的影響（因為 g/bt d ;1到10毫米，為一種 壓力纖維長度級），特別是因為有越來越多的證據(jù)表明細(xì)胞骨架 RhoGTPase普遍 發(fā)送信號介導(dǎo)整合蛋白和鈣粘蛋白