奥地利科学技术研究所 信用:CC0公共领域 我们身体的许多细胞都在移动，不知何故似乎“知道”去哪里
但是他们如何得知目的地的位置呢？这个问题是理解诸如我们体内细胞更新、癌细胞迁移，尤其是伤口如何愈合等现象的关键
奥地利科学技术研究所的爱德华·汉内佐和他的团队与平岛刚一和他在京都大学的学生合作，提出了一种新的信息传递模型，其中细胞以自组织的方式利用长距离行波来闭合伤口
这项研究最近发表在《自然物理学》杂志上
研究人员建立了一个数学模型来描述基底上一层细胞内的相互作用，类似于一层皮肤
这些细胞包含化学信号——蛋白质——使它们能够感知周围的其他细胞，无论它们是被推还是被拉，并控制自己的运动
科学家们发现，细胞运动、环境感知和细胞内蛋白质激活状态的复杂相互作用结合起来，产生了耦合的机械和化学行波，其中编码了方向信息
反馈回路 机械波表现为细胞在空间和时间上交替的密集和稀疏区域
化学波表现为蛋白质活性，由细胞运动和机械反馈触发
细胞的化学反过来驱动细胞形状的变化和运动，用细胞力学闭合反馈回路
在这个耦合系统中，由于反馈和放大，这些机械波和化学波自发产生
在正常的未破损细胞层中，这些波传播没有优选的方向，但是当在一侧引入人造伤口时，波重新定向以仅远离伤口传播
因此，研究人员假设，这些波可能是一种交流工具，让离伤口很远的细胞——因此不能直接“看到”伤口——能够感知到该走哪条路
在一层细胞中观察到的蛋白质活化的化学波
信用:平岛刚司 阅读海浪 密度波使细胞的邻居沿着波传播的方向推和拉它
由于施加在细胞上的力在每个波的波峰和波谷之间是相等和相反的，结果是细胞只是来回移动很小的距离，没有任何净运动
实际上，细胞无法知道波的方向，因此没有伤口位置的信息
这就是第二波蛋白质活动的来源
由于蛋白质激活的延迟，它在密度波之后稍微撞击细胞
因为蛋白质活动控制着细胞移动的速度，两种波之间的延迟使得细胞在被拉向伤口方向时移动得很快，在被推开时移动得很慢
通过这种方式，细胞可以打破对称性，开始向伤口方向移动
失衡实验 京都大学的研究人员在用基底上的真实细胞进行的体外实验中观察到了伤口愈合的这种失衡行为
他们使用了一种新的显微镜技术来测量每个细胞内的蛋白质活性:蛋白质被修饰成当受到刺激时会发光，从而显示出在整个细胞层中传播的蛋白质激活波
研究人员能够定量预测波形，然后通过实验观察波形
更引人注目的是，他们还发现这两种波之间的延迟接近理论预测的最佳值，这使得细胞能够从波中提取最大的信息
这种自组织机制对于允许细胞层内长距离的方向的鲁棒和自发的通信是显著的
它展示了一种方式，协调的行为可以在我们的身体中出现，帮助他们愈合和成长
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