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流体剪切应力增强星形胶质细胞的吞噬反应

将机械力转化为细胞信号的机械转导研究表明,膜受体可以通过信号传导将外力转化到细胞变化中。这些机械传感器被认为会刺激各种细胞反应,从细胞增殖到细胞骨架的收缩和重塑。随着人们对星形胶质细胞兴趣的增加,出现了一些专注于剪切流条件下星形胶质细胞的研究,这些研究产生高速剪切力,以模拟TBI样的低振幅剪切力。



多年来,星形胶质细胞被认为在中枢神经系统 (CNS)中被动地发挥作用。最近的研究证明了星形胶质细胞的动态特性,包括吞噬细胞碎片的能力和调节突触结构和功能的能力。越来越多的研究表明星形胶质细胞在维持组织稳态方面的重要性,表明需要更好地了解细胞外因子对其细胞活性的影响。这对于创伤性脑损伤和中枢神经系统修复等研究领域至关重要。

因此,来自美国加州大学欧文分校贝克曼激光研究所和医学诊所的研究团队进行了相关探索,之前的研究证明了星形胶质细胞通过吞噬作用对激光诱导的细胞裂解做出反应的能力。使用碘化丙啶标记的 DNA 和 pHrodo 染料,表明在反应星形胶质细胞中的膜褶皱和随后的囊泡形成与来自靶细胞的细胞碎片有关。

在这里,该研究的目标是确定星形胶质细胞的吞噬反应是否被激光消融/纳米技术光解的机械或化学成分激活或增强。


该研究证明了在体外星形胶质细胞顶端表面存在剪切流体流动的情况下,吞噬反应可以以明显更快的速度启动。通过基于钙离子的计算,确认使用的流速高于钙离子的扩散速率。


令人惊讶的是,流动条件下的所有细胞都比静态条件下的细胞反应快得多。星形胶质细胞似乎被剪切流激活,可能使细胞以更快的细胞骨架重塑做出反应。结果表明,这种流动方向有助于细胞迁移,可能是通过帮助响应星形胶质细胞前缘附近的肌动蛋白汇集。向相反方向流动迁移的细胞必须抵抗剪切力,从而导致吞噬作用的启动稍有延迟。吞噬反应时间和速率增加的综合观察提供了强有力的证据,证明星形胶质细胞可以通过细胞表面或穿过细胞表面的剪切流来激活。


流动条件下的细胞比静态条件下的细胞以明显更快的速率启动吞噬作用


通过对微流体通道中连续流动所产生的力的分析表明,流经细胞的介质对细胞表面施加了很大的力,而大部分力集中在细胞核附近。虽然体内的星形胶质细胞显然会受到不同范围的力,但该团队已经表明,在恒定流量的简单情况下,星形胶质细胞的反应是明显变化的。


已在机械刺激的中性粒细胞中观察到响应流动的细胞骨架重排并在内皮细胞中广泛观察到相似状态。星形胶质细胞反应的时间尺度与内皮细胞中观察到的快速反应一致,即随着牵引力和细胞间应力分量的增加而流动,随后细胞沿着流动方向伸长和排列。


相应的,施加在细胞上的剪应力估计为0.25 dyn/cm2,一项对中性粒细胞的研究显示,与内皮细胞相比,中性粒细胞对更低的剪切力(低于1 Pa刺激中性粒细胞)的反应类似于此处观察到的星形胶质细胞中用于刺激免疫样反应的作用力。在这里研究的剪切流激活星形胶质细胞中观察到的迁移和吞噬反应需要细胞骨架重排。



剪切流增强细胞碎片吞噬吸收的能力证明了增加细胞碎片吞噬吸收的潜力。它开辟了未来研究的可能性,可以去观察星形胶质细胞对刺激机械传感器的反应,如整合素或钙粘蛋白。寻找增强吞噬反应的方法可能对脑损伤的研究产生直接影响。通过增强吞噬细胞碎片的摄取,减少神经组织的继发性损伤,可直接增加存活神经元的数量。



参考文献:Wakida NM, Cruz GMS, Pouladian P, Berns MW, Preece D. Fluid Shear Stress Enhances the Phagocytic Response of Astrocytes. Front Bioeng Biotechnol. 2020 Nov 11;8:596577. doi: 10.3389/fbioe.2020.596577. PMID: 33262978; PMCID: PMC7686466.
原文链接:https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/33262978/
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