圆形细胞区域显示模式梯度，绿色斑点的大小随着细胞密度的增加而减小。图片来源：莫苏特实验室/南加州大学

美国南加州大学与加州理工学院联合团队在最新一期《自然·通讯》杂志上发布重要研究成果，揭示了细胞密度作为合成组织的重要“推手”，在构建多细胞结构、组织以及器官过程中的关键作用。该成果将显著推进合成组织研究进展。

合成组织在医学上的应用潜力巨大，包括但不限于对药物和治疗方法的测试，以及为患者提供移植物或移植器官。

此次，团队使用了两种经过基因改造的小鼠细胞——结缔组织细胞和干细胞，这些细胞装备了一个合成的细胞通信系统，即所谓的遗传回路。该回路建立在团队开发的“synNotch”技术基础上。“synNotch”是一种通过基因工程技术嵌入细胞膜的蛋白质传感器，能够检测外部信号并激活预设的基因表达。在实验中，团队利用“synNotch”可以直观地观察到细胞形成的具体模式。

团队发现，即使基因完全相同的细胞也会产生不同的模式。最初这一点让人十分困惑，但随后他们意识到，细胞密度正是造成模式差异的原因之一。当细胞密度超过某个阈值时，“synNotch”功能就会被削弱，从而影响模式的一致性。此外，随着细胞增殖，细胞密度与“synNotch”遗传回路之间也存在复杂的交互作用。

团队为此开发了一个计算模型。该模型能够准确地模拟实际细胞的行为，对于理解细胞密度、增殖速率和信号传递等因素如何协同工作具有重要意义。

研究还表明，高细胞密度会加速“synNotch”及其他普通细胞表面受体的降解。这表明，细胞密度可以作为一种广泛的工具，用于指导工程化或天然存在的细胞构建各种结构、组织和器官。

团队强调，自然界通过细胞密度与遗传回路的结合，创造了复杂的细胞、组织和器官。现在，人类也可以借鉴这一策略，推动对合成多细胞结构、组织甚至器官的构建，促进再生医学的发展。

总编辑圈点

科研人员为实验细胞装备了合成的细胞通信系统，从而可直观观察细胞形成的具体模式。这也让一个奇怪的现象浮出水面——即使基因完全相同，细胞也会产生不同模式。原来，细胞密度是一项重要因素，其与团队开发的遗传回路之间存在复杂互动。当我们搞清楚更多影响细胞工作的指标后，对如何构建新的组织，也就有了更清晰的路线图。再生医学让我们步入了重建、再生和制造组织器官的新时代，但这一切，都要建立在对细胞行为的坚实了解之上。

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