我們的身體經常派遣幹細胞來修復或替換生物損傷，但是這些修復劑是如何穿過緻密的組織到達現場的，這一直是個謎。“幹細胞如何擠壓組織開口--比自己小100到1000倍--一直是一個令人費解的問題，”機械工程學教授奧維吉特·喬杜裡(Ovijit Chaudhuri)說。

骨髓幹細胞利用原子核產生的物理力量，幫助穿透生物障礙到達骨折，並幫助開始癒合。

近日《科學進步》雜誌介紹了，喬杜裡和他的同事透露幹細胞利用它們的細胞核--細胞內的一個巨大而堅硬的細胞器--作為推進的手段。

他們的發現令人驚訝，因為科學家們認為細胞很難透過周圍組織中的微小孔隙強迫這個巨大而堅硬的腫塊。相反，他們發現骨髓衍生幹細胞使用物理力由細胞核產生，以幫助穿透生物障礙到達骨折和幫助開始癒合。“我們的發現為細胞如何利用原子核產生機械力提供了全新的理解，”該研究的第一位作者，最近畢業於機械工程學博士學位的李洪平(音譯)說。

為了獲得這一發現，研究人員從骨髓中提取幹細胞，並使用水凝膠模擬構成其生物環境的組織。研究人員發現，幹細胞將細胞核推進成針狀突起，穿透身體內的物理屏障。細胞核進入突起，透過一個複雜的生化機制，像氣球一樣膨脹突起，在組織中形成一個足夠寬的開口，使整個幹細胞能夠透過。這種類活塞的行為，喬杜裡說，讓人想起了汽車內燃機中機械活塞的作用。

他們的洞察力可以幫助指導生物材料植入物的設計，這些植入物將利用幹細胞進行再生醫學。喬杜裡注意到其他幹細胞免疫細胞癌細胞也透過周圍的組織遷移，這為將來研究這些組織是否有效提供了有用的領域。細胞使用同樣的推進系統，可能轉化為其優勢。

“這是一個很好的例子，說明機械工程原理可以幫助我們理解影響健康的細胞行為，”他說。

更多資料：Hong-pyo Lee et al, The nuclear piston activates mechanosensitive ion channels to generate cell migration paths in confining microenvironments, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abd4058