顯微鏡觀察不同形狀傷口影響細胞的運動方式

手術刀要改成波浪形？這操作讓傷口愈合提速5倍

新加坡南洋理工大學近期發布了一篇非常有意思的論文，利用創新的細胞培養模擬傷口愈合，發現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，手術刀是不是也要改成波浪形了？當然，手術刀不會這么亂改，但不可否認這可能會影響未來外科手術的切口方式。
 

水凝膠模擬皮膚環境
 

要模擬傷口愈合，當然要先模擬皮膚的環境，傳統的培養皿細胞培養是2D貼壁培養，跟生物體3D的細胞生長有很大區別，為此南洋理工大學K Jimmy Hsia教授的課題組使用了帶微圖案的水凝膠做MDCK細胞培養。
  水凝膠是一種3D細胞培養平臺，能更好地模擬生物體真實環境，可以用MF53-N等倒置熒光顯微鏡進行觀察，MDCK細胞是犬腎臟細胞，跟人類的上皮細胞性質相近，兩者結合可以比一般細胞劃痕實驗更接近真實皮膚。
 

不同形狀傷口影響細胞運動方式
 

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，記錄試驗后64小時的細胞彌合、重新上皮化的過程，從結果來看，同樣寬度的直線傷口和波浪狀傷口，波浪狀傷口的恢復度顯著更高，大概43小時左右其實就愈合了，而直線傷口60小時還沒愈合。
  為了對細胞運動進行數據化測量，研究人員使用了微流控技術和粒子圖像測速法（PIV），使用類似明美MS16-H的千幀級高幀率高速相機，來進行高速圖片捕獲，并使用MATLAB的PIVlab進行計算。
  研究發現，在波浪狀傷口上，細胞以一種渦旋式軌跡運動，可以比較快達到愈合，而直線傷口細胞嘗試渦旋式移動似乎會受制于其他細胞，最終呈現為幾乎平行于傷口的直線運動，運動方式的差異導致波浪狀傷口恢復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運動使細胞有更多機會移動。這使細胞能夠迅速與傷口邊緣相反部位的類似細胞連接，形成橋梁，并比直的傷口間隙更快地關閉波浪形的傷口間隙。”

這項研究有點像經典的細胞劃痕實驗，但做了很多有意思的創新，綜合使用了水凝膠仿生細胞培養、倒置顯微鏡相襯觀察、倒置熒光顯微鏡定量分析、微流控和高速相機做粒子圖像測速等實驗設備實驗方法，這一發現可能為加快傷口愈合、減少瘢痕帶來新的思路，對傷口護理、組織修復和美容手術都有參考價值。

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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