在尖銳而尖銳的世界中，傷口愈合是一個(gè)關(guān)鍵而奇妙的過(guò)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(duì)物理?yè)p傷的反應(yīng)和修復(fù)方式。一個(gè)突出的謎團(tuán)是如何觸發(fā)傷口愈合：更好地理解這個(gè)過(guò)程對(duì)于開(kāi)發(fā)治療各種傷口的新的和改進(jìn)的方法是必不可少的。

Vanderbilt大學(xué)的物理學(xué)家和生物學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用超快，超精確的紫外激光，朝著理解這些觸發(fā)信號(hào)的性質(zhì)邁出了重要的一步。他們的新見(jiàn)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(dòng)激光誘導(dǎo)的上皮傷口周?chē)拟}信號(hào)動(dòng)態(tài)”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?yàn)殁}信號(hào)傳導(dǎo)幾乎影響細(xì)胞生命的每個(gè)方面。因此，研究人員由物理和生物科學(xué)教授Shane Hutson和細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)副教授Andrea Page-McCaw在果蠅蛹背上靶向細(xì)胞，表達(dá)了一種在鈣離子存在下發(fā)出熒光的蛋白質(zhì)。這使他們能夠跟蹤活體組織傷口周?chē)?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(jí)精度進(jìn)行。

該團(tuán)隊(duì)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(diǎn)，以在單個(gè)細(xì)胞中打孔微孔(不到百萬(wàn)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)，即使是在納秒到飛秒范圍內(nèi)最短的脈沖也會(huì)產(chǎn)生一種微觀的爆炸，稱(chēng)為空化氣泡，其強(qiáng)大到足以破壞附近的細(xì)胞。

“因此，激光脈沖產(chǎn)生的損傷非常類(lèi)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 - 所以我們的觀察應(yīng)該適用于大多數(shù)常見(jiàn)傷口，”第一作者埃里卡·香農(nóng)說(shuō)，博士發(fā)展生物學(xué)的學(xué)生。

研究人員正在測(cè)試傷口反應(yīng)觸發(fā)的兩個(gè)主流假設(shè)。一個(gè)是受損和垂死的細(xì)胞將蛋白質(zhì)釋放到周?chē)?xì)胞感知的細(xì)胞外液中，導(dǎo)致它們提高其內(nèi)部鈣水平。反過(guò)來(lái)，這種增加的鈣濃度引發(fā)它們從靜態(tài)形式轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢苿?dòng)形式，從而允許它們開(kāi)始密封傷口。第二個(gè)假設(shè)提出觸發(fā)信號(hào)通過(guò)間隙連接從細(xì)胞傳播到細(xì)胞，間隙連接是在它們接觸的點(diǎn)處直接連接兩個(gè)細(xì)胞的特化細(xì)胞間連接。這些是微觀的門(mén)，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(shuō)。“事實(shí)證明，細(xì)胞有許多不同的方式來(lái)表示受傷。這可能使他們能夠區(qū)分不同類(lèi)型的傷口。”實(shí)驗(yàn)表明傷口的產(chǎn)生會(huì)在周?chē)M織中產(chǎn)生一系列復(fù)雜的鈣信號(hào)：

首先是在傷口周?chē)杆賹⑩}流入細(xì)胞。這與空化氣泡的足跡相匹配。細(xì)胞外液體中的鈣水平遠(yuǎn)高于細(xì)胞內(nèi)的鈣水平。研究人員認(rèn)為，由于它的快速發(fā)生(不到十分之一秒)，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(lái)，短暫的短程波通過(guò)健康的鄰近細(xì)胞傳播。傷口越大，波浪傳播得越快。波動(dòng)的速度表明它通過(guò)間隙連接，并由鈣離子或一些其他小信號(hào)分子組成。

傷后約45秒出現(xiàn)第二波。這波比第一波慢得多，但傳播得更遠(yuǎn)。研究人員認(rèn)為這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(hào)蛋白，其擴(kuò)散速度比離子慢。但是，他們警告說(shuō)需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)才能證實(shí)這一假設(shè)。第二波僅在細(xì)胞被殺死時(shí)發(fā)生，而不是在它們剛剛被損壞時(shí)發(fā)生，這表明它取決于損傷的程度。

前兩個(gè)波相對(duì)對(duì)稱(chēng)地穿過(guò)組織。然而，在第二波之后，高鈣濃度區(qū)域開(kāi)始發(fā)出“耀斑” -鈣吸收的方向流，其進(jìn)一步擴(kuò)散到周?chē)M織中。每次閃光持續(xù)數(shù)十秒，并且在受傷后新的閃光持續(xù)超過(guò)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(guò)程的方法，例如糖尿病，這會(huì)減緩病情，甚至可以加速正常的傷口愈合，”Hutson說(shuō)。