整合不仅是人类之间具有社会意义的问题，也是构成我们人类的细胞的问题。将新细胞添加到已经建立的细胞群中对于在正常发育过程中塑造器官至关重要，但当癌细胞在其他细胞内扩散时，同样的机制也经常被癌细胞劫持。一项新的跨学科研究揭示了新细胞如何通过读取邻近组织的机械信息来加入组织。他们使用称为丝状伪足的细胞手指接触相邻细胞以打开细胞层。该研究发表在《自然通讯》上。

新研究表明细胞利用机械原理整合现有组织

新细胞使用手指状结构打开宿主细胞层

为了解新细胞如何整合到细胞层中，该小组的科学家专注于细胞层中细胞层的形成。青蛙细胞与人类细胞具有许多共同特征，因此它们可用于此类研究。

在胚胎发育过程中，随着新细胞从细胞中移出形成组织，这种多层细胞组合会重新排列。此过程必须以准确的精度进行，以便正确放置每一个传入的单元格。

高分辨率显微镜图像显示，进入的细胞将手指状结构延伸到位于它们顶部的细胞层。

对实验的详细分析以及理论模型随后揭示了传入细胞使用它们的手指状延伸来拉动宿主层的顶点，本质上是在探测它们是否可以打开顶点并插入自己。

Niels Bohr 研究所助理教授兼主动智能物质组负责人 Amin Doostmohammadi 解释了它的工作原理：

“我们发现了一种特殊的蛋白质复合物，它积聚在顶点，并允许来自传入细胞的手指与顶点进行物理接触。就像传入的细胞随机伸出手臂，看看它们可以附着在哪里”。

物理模型预测活组织的行为

“然后我们转向细胞层的物理计算机模型，看看我们是否可以预测哪些顶点更容易受到这些拉力的影响，”Amin Doostmohammadi 说。“连接四个或更多细胞的点比连接三个细胞的点更容易打开。

在实验中观察到类似的趋势，证实了理论预测，并表明进入的细胞确实使用拉力来找到宿主层内的最薄弱点以插入自己”。

物理和生物实验齐头并进

研究人员使用一个非常简单的顶点网络物理模型通过边连接在一起作为细胞形成的复杂网络的代理(参见视频)。

“有了这个简单的模型，我们就可以测试不同类型的顶点。我们可以拉动它们来模拟新细胞施加的拉力，我们可以检查顶点可以承受多少张力以及它们是否真的可以因此打开。

这实际上是模型和实验、物理学和生物学之间的对话：设计一个简单的模型，调整它以最好地代表实验中的关键元素，然后做出被实验验证的预测。”

传入细胞在现有细胞层中创建自己的开口

然而，目前尚不清楚这些弱点最初是如何产生的。“当没有传入单元格时，单元格层中的弱点非常少，大多数顶点仅将三个单元格连接在一起。令我们惊讶的是，我们意识到恰好当进入的细胞接近细胞层时，会出现大量连接四个或五个细胞的顶点，这表明进入的细胞本身可能会影响上层细胞层中薄弱点的形成，”Amin 说Doostmohammadi。

力学指导细胞整合

这些新发现强调了机械信息在胚胎发育过程中指导细胞运动的重要性，并有助于更好地理解指状结构(丝状伪足)(侵袭性癌症的常见特征)如何用于感知邻近细胞。

“看到整个过程是多么机械化，真是太神奇了。细胞没有大脑或决策机制。因此，了解新来的细胞如何如此准确地拉动、探测和选择现有细胞层中的薄弱点，如果环境不利，细胞甚至会修改细胞层并自行插入，是一件很有趣的事情，”Amin Doostmohammadi 补充道。

“从揭示细胞插入机制中获得的理解在不需要的细胞(例如癌细胞)侵入细胞层的情况下具有重要意义。这种理解是后来开发治疗疗法的先决条件”。

结合理论物理学和发育生物学领域，这是来自尼尔斯玻尔研究所 (NBI)、诺和诺德干细胞医学基金会中心 (reNEW) 和马克斯普朗克生命物理学​​中心的国际科学家团队的成果系统(MPI-PKG)。