細胞治療如此神奇，細胞究竟長啥樣？另附干細胞的5大功能！

想象一下，你的辦公室里有數百件不同家具，所有這些家具都可能要隨時取用，許多家具還要能自由移動，或者根據它們的功能進行“拼裝”“拆分”等等的互動。 現在再發揮一下想象力，你的辦公室其實是一個被薄膜包圍的液體囊袋，而這數百件家具中的許多是更小的液體袋。這簡直是室內設計的噩夢。 這恰恰正是我們細胞里的情況。在所有細胞研究中，有一個看似簡單而基礎，卻被證明相當難以量化和回答的問題，那就是，我們的細胞是如何組織它們的內部結構的？ 科學家首次提出了一種新方法來研究這個問題。艾倫細胞科學研究所的團隊通過使用數十萬張高分辨率圖像，對人類細胞的內部組織進行了統計。 通過這項研究，科學家捕捉到了大量有關細胞形狀變化的細節，這些形態變化即使是在相同條件下生長的有著相同基因的細胞也會出現。論文已發表在《自然》上。 細胞內部的組織方式 細胞的組織方式透露了它們的行為和身份信息。當科學家試圖了解細胞在健康和疾病中如何變化時，這個領域一直缺少的是一種處理這種組織方式的嚴格方法。 在一項于七年多前啟動的研究中，團隊首先建立了一個干細胞集合，這些細胞在經過了專門的基因工程改造，可以在熒光顯微鏡下照亮不同的內部結構。在獲取了標記了25個單獨結構的細胞系后，他們捕獲了超過20萬個不同細胞的高分辨率三維圖像。 圖片 熒光標記的基因編輯細胞。（圖／艾倫細胞科學研究所） 科學家想知道，所有這些微小的細胞結構是如何排列的？某一個結構會一直待在同一個地方，還是隨機的？ 在解答這些問題時，團隊遇到的挑戰之一便是比較兩個不同細胞之間相同的結構。即使是同一類型的細胞，每個細胞看起來也都不一樣。即使一些細胞在基因上是相同的，并且在相同的實驗室環境中培育，但它們的形狀卻仍可以相差甚遠。 這些情況讓科學家意識到，如果一個細胞短而圓，另一個是長梨形的，就不可能比較這兩個不同細胞中同一結構的位置。因此，他們給那些短而圓和長梨形的都加上了數字。 利用計算分析，團隊開發了一種“形狀空間”的概念，用它來客觀描述每個干細胞的外部形狀。形狀空間包括8個不同的形狀變化維度，比如高、體積、伸長度，以及恰如其分的“梨形”和“豆形”。然后，科學家可以將同類進行比較，觀察所有類似形狀的細胞內部的結構組織。 圖片 “空間形狀”的8種維度。（圖／艾倫細胞科學研究所） 他們還研究了25個被標記的結構的位置，然后在具有相似形狀的細胞組中對這些結構進行了比較，結果發現，盡管細胞形狀產生了巨大的變化，但它們內部組織結構卻驚人地一致。 這就好比，如果你開啟了“上帝視角”觀察一棟高層辦公樓里成千上萬的白領如何排列他們的家具，發現每個人都把他們的桌子放在了辦公室中央，文件柜恰好都在最左邊的角落里，無論辦公室的大小或形狀如何都是如此。而就在這時，如果你注意到有一間辦公室里的文件柜倒在地上，文件散落一地，你可能會意識到，這間辦公室和它的使用者出了些狀況。 細胞也是如此。發現偏離正常狀態的情況，可以給科學家提供重要的信息，了解細胞在從靜止過渡到移動、準備分裂時的變化，或者了解在疾病中微觀層面上出了什么問題。 圖片 了解細胞結構的平均位置，以及它們偏離這種平均位置的變化，將幫助科學家更進一步了解可能預示著單個細胞疾病或狀態改變的結構變化。（圖／艾倫細胞科學研究所） 研究人員觀察了他們數據集中的兩種變化，分別是細胞群邊緣的細胞，以及正在進行有絲分裂并創造出新的子細胞的細胞。在這兩種狀態下，科學家能夠發現與細胞的不同環境或活動相關的內部組織變化。 一份路線圖 我們已經知道，在生物學中，形狀和功能是相互關聯的，了解細胞形狀對認識它們的功能很重要。這項研究為生物學家提供了一份路線圖，以可衡量的、定量的方式，了解不同種類細胞的組織方式，它還揭示了細胞的一些關鍵組織原則。了解細胞在健康條件下如何組織自己，以及“正常”中所包含的全部變化范圍，可以幫助科學家更好地了解疾病中的問題所在。 這項研究的圖像數據集、基因工程干細胞和代碼都是公開的，供科學界其他研究人員使用。這種方法可以推廣到幾乎任何細胞。研究人員表示，他們期望更多人采用這種方法，在這項研究的基礎上提出以前無法提出的細胞生物學問題。 干細胞的5大功能， 每一項都能創造生命奇跡 干細胞繼承傳統生命醫學，開創健康生命細胞應用保障 圖片 1、替代與修復受損和死亡細胞 圖片 干細胞具有自動歸巢特性，注入人體后，可聚集到受損器官及相應的部位，并分化為這些器官和部位的特異性細胞。 在目標組織微環境作用下，可分化為新的細胞與組織，修復受損組織。 通過干細胞自身分化功能來生長出新組織細胞，彌補組織細胞的衰老、死亡、損傷，使得病變的組織與細胞恢復健康，并參與新生血管修復，改善損傷組織微循環。 2、激活休眠和處于抑制狀態的細胞 干細胞作為年幼新生細胞，給脫離細胞周期的成年細胞帶來了青春訊息。受到干細胞刺激的休眠細胞和抑制狀態細胞活化起來，重新進入細胞周期，通過分裂增殖，增加體內新生細胞數量，有助于人體新陳代謝進程恢復正常。 3、旁分泌作用 圖片 干細胞注入目標組織后，可通過分泌各種蛋白質、酶與多種因子（如神經營養因子、抗凋亡因子等各種生長因子、細胞因子）及調節肽和氣體信號分子等多種生物活性因子，作用于周圍細胞，發揮旁分泌作用。 促進細胞增殖，抑制功能細胞凋亡，使現有組織祖細胞分化，修復受損組織并生長新組織。 4、免疫調控機制 圖片 人體免疫性疾病是由于自身免疫細胞產生“誤判”，攻擊自身重要細胞、組織及器官的結果。干細胞本身不引起免疫類細胞活化，但可抑制自然殺傷細胞增殖，通過細胞間接觸和可溶性因子的分泌發揮免疫抑制功能。 干細胞具有明顯免疫抑制活性，通過多分子參與、多途徑調控及旁分泌作用，并與機體炎癥微環境相互作用，對機體免疫反應進行動態調控。 5、促進細胞間信號傳導恢復 信號傳導是一個重要基本生命現象。從最簡單的單細胞生命體，到最高級人類自身，各類細胞時刻都與胞外環境或其他細胞發生聯系，進行著信息傳導與交流，使生命體與體外環境及生命體本身維持平衡。 同時，信號傳導還調控著許多生命過程，比如，細胞增殖與細胞周期、細胞遷移、細胞形態與功能分化及維持、免疫、應激、細胞惡變及細胞凋謝等等。 干細胞分泌的蛋白質、酶、生物活性因子等，可以幫助修復、增強細胞間信號傳導通路。如間充質干細胞分泌連接蛋白幫助細胞間連接、促進離子通道開放等，使細胞間信號傳導通路暢通，信號傳遞及時準確，構建健康、穩固的信號傳輸網絡，抑制因信號傳遞錯誤導致的疾病。

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