单核细胞通过机械作用诱导形成的有序结构域

《Nature Materials》：Mechano-induced patterned domain formation by monocytes

基质硬度通过β2整合素-ICAM-1复合物激活影响单核细胞行为，促使其在生理硬度胶原水凝胶上形成可逆的多层多细胞域。抑制吞噬功能反而增强单核细胞存活。计算模型结合Cahn-Hilliard相分离方程与Turing机制，证实细胞密度、趋化与随机迁移共同驱动域结构形成。

　　

摘要

基质刚度及其相关的机械信号在细胞表型和功能中起着不可或缺的作用。组织刚度如何影响单核细胞（先天免疫系统中的主要循环白细胞）的行为，以及它如何促进细胞集体行为的出现，目前尚不完全清楚。在本研究中，我们发现人类原代单核细胞在关键免疫细胞中具有独特性，它们会在生理刚度的柔软胶原涂层水凝胶上经历动态的局部相分离，形成高度规则、可逆的多细胞多层结构。β2整合素-ICAM-1复合物的局部激活会引发细胞间黏附，而全局可溶性抑制因子则能在数天内维持这种结构模式的稳定。虽然这种结构形成会抑制单核细胞的吞噬能力，但确实有助于其存活。一个结合了Cahn-Hilliard相分离方程、Turing局部激活机制和全局抑制机制的计算模型表明，细胞接种密度、趋化性以及随机细胞迁移都对结构模式的形成有贡献，这一点已通过实验得到验证。这项研究揭示了细胞可以通过利用其机械感知能力以及短程相互作用和长程信号来生成复杂的结构，从而增强自身的存活能力。