坦佩雷大学的生命科学和光子学研究人员在研究表层细胞对机械刺激的反应方面取得了重大发现。通过模拟细胞下方细胞外基质的变形，研究人员表明，细胞可以快速感知环境中哪怕是微小的变化，并且它们的反应比预期的更加复杂。例如，这一发现可能有助于更好地理解与癌症转移形成相关的过程。

三个研究小组在这个联合项目中研究了上皮细胞如何通过离子通道感知环境的微小变化。这项研究是使用ArriPriimägi教授领导的智能光子材料研究小组开发的光响应材料进行的，该材料可用作细胞培养的基质。这些材料允许使用光刺激来精确且可控地移动细胞基质。

“这些细胞具有细胞内钙的标记蛋白，因此我们能够在共聚焦显微镜上在基质表面绘制小凹槽，同时监测活细胞如何在钙的帮助下对环境中的这些变化做出反应，”坦佩雷高级研究所(IAS)高级研究员、医学与健康技术学院细胞生物物理学研究组组长TeemuIhalinen说道。

“我们发现，即使是几十纳米材料的运动也会打开细胞中的机械门控钙通道，通过该通道细胞能够改变其钙水平。”

细胞中的多种过程都需要钙，因此即使钙含量的微小变化也会对细胞功能产生很大影响。这项研究也许是第一次表明，细胞能够感知环境中的微小运动，并且通过改变钙离子通过细胞膜的流动(即通过离子电流产生电流)来检测这些运动。

机械门控离子通道是关键

在体内，上皮细胞紧密附着在细胞外基质上，从而允许环境的机械应变传递到细胞。机械刺激对于细胞的正常功能很重要。细胞附着的破坏通常会导致疾病或其他问题。

细胞以多种方式感知环境变化，例如通过机械门控PIEZO1离子通道。这些通道可以理解为细胞膜孔，它们在机械松弛状态下关闭，但在细胞膜拉伸时打开。这种打开发生在千分之一秒内，导致钙流入细胞。该过程在许多生理功能中发挥着关键作用，例如触觉。机械门控离子通道的发现荣获2021年诺贝尔奖。

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