摘要：神经系统通常被认为是身体的线路，发送电信号以在身体的不同部位之间传达需求和危害。然而，马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员现在也测量了从培养的上皮细胞传播的生物电子信号，因为它们对严重损伤做出反应。

上皮对话具有 60 个精确放置的电极的上皮细胞涂层微电极阵列可检测细胞受伤时产生的微小电信号。（图片由马萨诸塞大学阿默斯特分校提供）

神经系统通常被认为是身体的线路，发送电信号以在身体的不同部位之间传达需求和危害。然而，马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员现在也测量了从培养的上皮细胞传播的生物电子信号，因为它们对严重损伤做出反应。

“细胞在如何做出集体决策方面非常神奇，因为似乎没有像大脑这样的中心，”研究员 Sunmin Yu 说，他将上皮细胞比作蚂蚁收集信息和解决问题的方式。Yu 与实验室负责人 Steve Granick 一起在《美国国家科学院院刊》上报告了这一最新发现，提出了一种细胞间通信的方法，使它们能够相互协调。

虽然神经元通过生物电信号发挥作用，而间断的有节奏的生物电信号使心肌细胞能够保持心脏将血液泵送到全身，但当涉及到任何其他类型的细胞的细胞间信号时，最常见的假设是化学线索的交换。然而，Yu 从其他小组之前的工作中注意到，“挤出”受伤的上皮细胞以摆脱它们的过程涉及在距离伤口本身一定距离处增加相关蛋白质的表达。

“我们的思考过程是探究信息可以在必要的长距离上传输的机制，”Yu 说。她意识到常见的分子信号传导机制，例如速度约为 1 mm/s 的细胞外信号调节激酶 1/2 （ERK），作为潜在的管道会相当慢。

Yu 和 Granick 在微电极阵列 （MEA） 上培养了一层上皮细胞。虽然存在其他测量培养细胞电活动的方法，但 MEA 的优势在于将电灵敏度与长距离相结合，使研究人员能够收集有关电活动的时间和空间信息。然后，他们通过将细胞暴露在强烈的聚焦激光束下来“伤害”细胞。

伤口后，研究人员观察到电位变化，其振幅和形状与在神经元中观察到的相似，但持续时间要长得多。“我们测量的信号传播速度比神经元慢约 1000 倍，比 ERK 快 10 倍，”Yu 说，他对“高音调说话”神经元和心脏组织细胞是否与这些“低调说话”上皮细胞通信以及如果是，如何通信表示了极大的兴趣。

研究人员注意到，生成信号的振幅存在一个明显的阈值，这是传播所需的。但是对于那些满足此阈值的信号，只要可以记录测量值，电信号的传播就会跨越高达 600 μm 的区域，即 5 小时。鉴于“细胞挤出”过程中产生的机械力，研究人员假设机械敏感蛋白在产生信号中可能的作用。果然，抑制机械敏感的离子通道会关闭电信号的产生。

Yu 和 Granick 强调了先前的建议，即上皮细胞中的电位可能对于调节胚胎发生和再生过程中发生的协调变化很重要，并且与癌症有关。然而，这是首次观察到这种电位在上皮组织中产生和传播。

“Yu 和 Granick 发现了一种由受伤的上皮细胞发出的非凡新形式的电信号——传统上被视为电被动的细胞，”美国马萨诸塞州布兰代斯大学的实验室 Seth Fraden 说，他调查了一系列软物质主题，但没有参与这项研究。

Fraden 补充说，这提出了一个“有趣”的问题：“信号的目标是什么？鉴于 Nathan Belliveau 及其同事最近的发现，将 Galvanin 蛋白确定为免疫细胞中的特定电场传感器，出现了一个令人信服的假设：上皮细胞以求救信号的形式发送这些电信号，而免疫细胞（大自然的治疗师）接收它们以快速定位和应对组织损伤。这些见解可能对开发旨在加速伤口愈合的新型再生疗法和生物电设备产生深远影响。

美国哈佛大学的团队专注于探测分子和细胞的创新技术，他没有直接参与这项研究，他也认为这项研究“很有趣”，但也提出了许多问题：“潜在的膜电压动力学是什么？驱动这些尖峰的分子机制是什么？“他问道，并补充说膜片钳电生理学和电压成像等技术可以解决这些问题。

来源：人工智能学家