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为探究细胞密度、曲率和界面异质性对间充质干细胞（hMSCs）机械转导潜在通路的影响，研究人员利用基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的模板制备微孔培养 hMSCs。结果发现细胞集落呈现异质性形态发生，相关机制影响核机械转导。该研究为理解干细胞界面异质性和核机械转导提供信息。
在细胞的微观世界里，细胞与周围环境的相互作用就像一场精密的 “舞蹈”，而界面异质性在这场 “舞蹈” 中扮演着关键角色。过往研究虽对界面异质性有所探索，但细胞密度、曲率以及界面异质性如何影响间充质干细胞（hMSCs）的机械转导通路，仍是一个未解之谜。这一谜题不仅关乎细胞生物学的基础研究，还对再生医学等健康医学领域有着重要意义。为了揭开这层面纱，河南省洛阳正骨医院（河南省骨科医院）、郑州瑞吉基因科技有限公司、上海大学医学院等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Cellular & Molecular Biology Letters》杂志上，为我们理解干细胞的奥秘提供了新的视角。
研究人员采用了一系列关键技术方法。首先，利用基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的模板微图案化技术，制备出不同孔径的微孔用于细胞培养，精确控制细胞的生长环境。通过免疫荧光染色技术，对整合素、纽蛋白、踝蛋白 - 1 等黏着斑（FA）相关蛋白，以及肌动蛋白、辅肌动蛋白、肌球蛋白等细胞骨架蛋白进行染色，直观观察它们的表达和分布情况。此外，运用蛋白质免疫印迹（WB）技术检测相关蛋白的表达水平，从而深入探究细胞内的分子机制。
研究结果如下：
- 生物工程微模板和 hMSCs 集落培养的表征：通过打孔生物工程方法制备的 PDMS 微模板，其微孔尺寸精确可控。hMSCs 在微模板上形成的集落呈现出与微孔相似的特征，中央区域细胞排列均匀，而周边区域细胞明显顺应微模板的微孔边缘，这表明细胞集落的形态可被微模板有效调控。
- 细胞接种密度、曲率和异质性对细胞分布的调节：研究发现，hMSCs 会倾向于附着在微孔的周边区域。在低和中等初始接种密度下，更多 hMSCs 附着在周边，而高接种密度时，中央和周边区域的细胞分布差异不明显。这说明细胞接种密度、界面曲率和空间异质性共同调节着细胞的密度分布。
- 工程细胞密度和曲率对异质 FA 的评估：细胞密度和曲率会显著影响 FA 蛋白（整合素、纽蛋白和踝蛋白 - 1）的排列。在周边区域，中等细胞密度下 FA 平均尺寸较大，且强曲率在低和中等细胞密度时促进 FA 形成。同时，周边 hMSCs 比中央细胞更易形成较大的 FA，且成熟的 FA 会沿着集落周边的界面曲率生长。
- 异质细胞骨架组织对微模板上 YAP 机械转导和核 LaminA/C 重塑的调节：细胞骨架纤维（肌动蛋白、辅肌动蛋白和肌球蛋白）在微模板周边发生重组。中等密度的 hMSCs 在微模板周边区域显示出较高的 YAP 核定位，且周边区域的 hMSCs 比中央区域有更多的 YAP 核定位。此外，LaminA/C 的表达在周边区域更高，尤其是在大曲率和低细胞密度的集落中。
- 工程化 hMSCs 中曲率、伸展和伸长对细胞骨架和核活性的机制：通过设计工程化微圆来控制 hMSCs 的曲率、伸展和伸长，发现较大的细胞形成更厚且组织更有序的细胞骨架网络，核面积随着细胞的伸展、曲率和纵横比的增加而增大，BrdU 染色结果表明核 DNA 活性也随之增强。
研究结论和讨论部分指出，PDMS 微模板可精确调控 hMSCs 集落的细胞密度和界面曲率，使细胞集落呈现异质形态发生，调节 FA 蛋白和细胞骨架的排列。这种异质性产生的机械刺激可激活相关信号通路，通过 YAP 核转位和 LaminA/C 重塑触发核机械转导，影响细胞行为和命运。该研究为深入理解细胞密度依赖的聚集结构和界面曲率，以及分子异质性与不对称机械转导之间的关系提供了重要依据，有望为再生医学、组织工程等领域的发展提供新的理论基础和技术支持。
