顯微鏡觀察不同形狀傷口影響細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)方式

手術(shù)刀要改成波浪形？這操作讓傷口愈合提速5倍

新加坡南洋理工大學(xué)近期發(fā)布了一篇非常有意思的論文，利用創(chuàng)新的細(xì)胞培養(yǎng)模擬傷口愈合，發(fā)現(xiàn)波浪形傷口相比直線傷口，愈合速度提速5倍。有人開玩笑說，手術(shù)刀是不是也要改成波浪形了？當(dāng)然，手術(shù)刀不會(huì)這么亂改，但不可否認(rèn)這可能會(huì)影響未來外科手術(shù)的切口方式。
 

水凝膠模擬皮膚環(huán)境
 

要模擬傷口愈合，當(dāng)然要先模擬皮膚的環(huán)境，傳統(tǒng)的培養(yǎng)皿細(xì)胞培養(yǎng)是2D貼壁培養(yǎng)，跟生物體3D的細(xì)胞生長有很大區(qū)別，為此南洋理工大學(xué)K Jimmy Hsia教授的課題組使用了帶微圖案的水凝膠做MDCK細(xì)胞培養(yǎng)。
  水凝膠是一種3D細(xì)胞培養(yǎng)平臺，能更好地模擬生物體真實(shí)環(huán)境，可以用MF53-N等倒置熒光顯微鏡進(jìn)行觀察，MDCK細(xì)胞是犬腎臟細(xì)胞，跟人類的上皮細(xì)胞性質(zhì)相近，兩者結(jié)合可以比一般細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)更接近真實(shí)皮膚。
 

不同形狀傷口影響細(xì)胞運(yùn)動(dòng)方式
 

為了模擬不同傷口形狀，研究人員在水凝膠上做了從30微米到100微米不等寬度的劃痕，有直線劃痕和波浪狀劃痕兩類。使用倒置顯微鏡10X物鏡相襯觀察成像，記錄試驗(yàn)后64小時(shí)的細(xì)胞彌合、重新上皮化的過程，從結(jié)果來看，同樣寬度的直線傷口和波浪狀傷口，波浪狀傷口的恢復(fù)度顯著更高，大概43小時(shí)左右其實(shí)就愈合了，而直線傷口60小時(shí)還沒愈合。
  為了對細(xì)胞運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)化測量，研究人員使用了微流控技術(shù)和粒子圖像測速法（PIV），使用類似明美MS16-H的千幀級高幀率高速相機(jī)，來進(jìn)行高速圖片捕獲，并使用MATLAB的PIVlab進(jìn)行計(jì)算。
  研究發(fā)現(xiàn)，在波浪狀傷口上，細(xì)胞以一種渦旋式軌跡運(yùn)動(dòng)，可以比較快達(dá)到愈合，而直線傷口細(xì)胞嘗試渦旋式移動(dòng)似乎會(huì)受制于其他細(xì)胞，最終呈現(xiàn)為幾乎平行于傷口的直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方式的差異導(dǎo)致波浪狀傷口恢復(fù)速度幾乎是直線傷口的5倍。
  論文的第一作者、博士生徐紅梅表示：“與直線傷口相比，波浪形傷口引起的高度不均勻和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使細(xì)胞有更多機(jī)會(huì)移動(dòng)。這使細(xì)胞能夠迅速與傷口邊緣相反部位的類似細(xì)胞連接，形成橋梁，并比直的傷口間隙更快地關(guān)閉波浪形的傷口間隙。”

這項(xiàng)研究有點(diǎn)像經(jīng)典的細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)，但做了很多有意思的創(chuàng)新，綜合使用了水凝膠仿生細(xì)胞培養(yǎng)、倒置顯微鏡相襯觀察、倒置熒光顯微鏡定量分析、微流控和高速相機(jī)做粒子圖像測速等實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)方法，這一發(fā)現(xiàn)可能為加快傷口愈合、減少瘢痕帶來新的思路，對傷口護(hù)理、組織修復(fù)和美容手術(shù)都有參考價(jià)值。

感興趣的可以查看PNAS原文：Hongmei Xu et al, Geometry-mediated bridging drives nonadhesive stripe wound healing, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2221040120

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