曲面在生物组织中随处可见。例如，它们提供了肠道吸收营养或肺部气体交换所需的增加的表面积。越来越多的证据表明，细胞能够感知它们是处于平坦还是弯曲的环境中。三维曲率可以影响许多过程，例如细胞的运动、干细胞的发育，甚至疾病的进展。然而，细胞感知曲率及其最终决定其行为的潜在机制尚不清楚。
现在，由比利时蒙斯大学博士生 Marine Luciano 和 Sylvain Gabriele 教授与奥地利 IST博士后 Shi-Lei Xue 和 Edouard Hannezo 教授合作的一项自然物理学研究发现了一些新发现。研究人员发现了根据环境曲率变化调节细胞行为的机制。
Gabriele 的团队开发了一种使用软水凝胶在曲面上生长细胞的方法，以一种非常可控的方式重现了在活组织中观察到的折叠模式 - 由长分子在它们之间捕获水的凝胶。这很重要，因为很难清楚地观察复杂活组织中曲率的影响。它们根据自己的形状有许多反馈回路，因此很难区分因果关系。这些特殊构造的表面有大小从百分之一到十分之一毫米的山谷和山脉。实验表明，在这些表面上生长的细胞倾向于在山上薄薄地扩散并在山谷中聚集。
在 IST Austria，Xue 和 Hannezo 开发了一个关键的理论模型，可以解释细胞在表面上的实验分布。他们使用了能量最小化的简单物理原理。他们的细胞模型受到泡沫物理学的启发，并导致了解曲率如何控制表面上细胞的分布，以及它们在一个区域的形状和密度。众所周知，细胞可以感知周围其他细胞的密度，这控制着它们的生化机制。因此，干细胞的关键标志物 Yes 相关蛋白 (YAP) 等生化物质通过密度感应受到曲率的影响。
这项研究确定了曲率感应如何影响细胞发育中的多种途径。这种结合物理化学、细胞生物学和理论物理学的跨学科研究再次揭示了迄今为止知之甚少的细胞机制。
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