在尖銳而尖銳的世界中，傷口愈合是一個關(guān)鍵而奇妙的過程。盡管進(jìn)行了大量的科學(xué)研究，但許多懸而未決的謎團(tuán)仍然圍繞著活組織細(xì)胞對物理損傷的反應(yīng)和修復(fù)方式。一個突出的謎團(tuán)就是如何觸發(fā)傷口愈合：更好地理解這個過程對于開發(fā)新的和改進(jìn)的治療各種傷口的方法至關(guān)重要。

Vanderbilt大學(xué)的物理學(xué)家和生物學(xué)家團(tuán)隊使用超快，超精確的紫外激光，朝著理解這些觸發(fā)信號的性質(zhì)邁出了重要的一步。他們的新見解在10月3日由生物物理雜志發(fā)表的題為“多種機(jī)制驅(qū)動激光誘導(dǎo)的上皮創(chuàng)傷周圍的鈣信號動力學(xué)”的論文中有所描述。

先前的研究已經(jīng)確定鈣離子在傷口反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。這并不奇怪，因為鈣信號傳導(dǎo)幾乎影響細(xì)胞生命的每個方面。因此，研究人員為首的物理學(xué)教授和生物科學(xué)肖恩·赫特森和細(xì)胞的副教授與發(fā)育生物學(xué)安德烈頁-麥考靶向細(xì)胞上水果的背飛是表示，在鈣離子的存在下發(fā)熒光的蛋白質(zhì)蛹。這使他們能夠跟蹤活體組織傷口周圍細(xì)胞中鈣離子濃度的變化(與之前許多傷口反應(yīng)研究中使用的細(xì)胞培養(yǎng)物相反)，并以前所未有的毫秒級精度進(jìn)行。

該團(tuán)隊使用激光在蛹的上皮層中創(chuàng)造了微觀傷口，該激光可以聚焦到足夠小的點以在單個細(xì)胞中打孔微孔(小于百萬分之一米)。激光的精確度使它們能夠產(chǎn)生可重復(fù)和可控制的傷口。他們發(fā)現(xiàn)，即使在納秒到飛秒范圍內(nèi)最短的脈沖也會產(chǎn)生一種微觀的爆炸，稱為空化氣泡，足以破壞附近的細(xì)胞。

“因此，激光脈沖產(chǎn)生的損傷非常類似于法醫(yī)術(shù)中被擠壓傷 - 鈍力創(chuàng)傷所包圍的穿刺傷口 - 因此我們的觀察結(jié)果應(yīng)適用于大多數(shù)常見傷口，”第一作者埃里卡·香農(nóng)說，博士發(fā)展生物學(xué)的學(xué)生。

研究人員正在測試傷口反應(yīng)觸發(fā)的兩個主流假設(shè)。一個是受損和垂死的細(xì)胞將蛋白質(zhì)釋放到細(xì)胞外液中，周圍細(xì)胞會感覺到這些細(xì)胞外液，導(dǎo)致它們增加內(nèi)部鈣水平。反過來，這種增加的鈣濃度引發(fā)它們從靜態(tài)形式轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿有问剑瑥亩试S它們開始密封傷口。第二個假設(shè)提出觸發(fā)信號通過間隙連接從細(xì)胞擴(kuò)散到細(xì)胞，間隙連接是在它們接觸的點處直接連接兩個細(xì)胞的專門的細(xì)胞間連接。這些是微觀的門，允許相鄰的細(xì)胞快速和直接地交換離子，分子和電脈沖。

“非常令人興奮的是，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞使用這兩種機(jī)制的證據(jù)，”香農(nóng)說。“事實證明，細(xì)胞有許多不同的方式來表示受傷。這可能使他們能夠區(qū)分不同類型的傷口。” 實驗表明傷口的產(chǎn)生會在周圍組織中產(chǎn)生一系列復(fù)雜的鈣信號：

首先是鈣在傷口周圍快速流入細(xì)胞。這與空化氣泡的足跡相匹配。細(xì)胞外液中的鈣水平遠(yuǎn)高于細(xì)胞內(nèi)的鈣水平。由于它的快速發(fā)生(不到十分之一秒)，研究人員認(rèn)為，這種流入是由微爆炸力撕裂的細(xì)胞膜中的微裂縫引起的;

接下來，短暫的短程波通過健康的鄰近細(xì)胞傳播。傷口越大，波浪傳播得越快。波動的速度表明它通過間隙連接，并由鈣離子或一些其他小信號分子組成。

傷后約45秒出現(xiàn)第二波。這波比第一波慢得多，但擴(kuò)散得更遠(yuǎn)。研究人員將此解釋為意味著它正在被更大的分子傳播，這種分子很可能是特殊的信號蛋白，其擴(kuò)散速度比離子慢。然而，他們警告說，需要進(jìn)一步的實驗來證實這一假設(shè)。第二波僅在細(xì)胞被殺死時發(fā)生，而不是在它們剛被損壞時發(fā)生，這表明它取決于損傷的程度。

前兩個波相對對稱地穿過組織。然而，在第二波之后，高鈣濃度區(qū)域開始發(fā)出“耀斑” - 鈣吸收的方向流，其進(jìn)一步擴(kuò)散到周圍組織中。每個耀斑持續(xù)數(shù)十秒，并且在受傷后新的耀斑繼續(xù)開始超過30分鐘。

“一旦我們了解了這些觸發(fā)機(jī)制，就應(yīng)該有可能找到刺激傷口愈合過程的方法，如糖尿病等慢性病，甚至可以加速正常的傷口愈合，”Hutson說。