来源:生物通

汪宁教授在实验室

伊利诺大学香槟分校机械科学与工程学院，细胞与生物发育学院，印第安纳大学-普渡大学生物医学工程学院的科学家在生物物理交叉学方面取得新的研究进展，相关成果发表在最新的《Nature  Materials》在线版上。

文章通讯作者是伊利诺大学的华人科学家汪宁教授，早年毕业于华中科技大学，90年代赴美，在哈佛大学获得生理学博士学位。其后留任哈佛大学，2006年赴任伊利诺大学任教。他所在实验室主要从事细胞力学，机械生物学，干细胞生物学，分子机械医学等方面的研究。第一作者是汪宁教授的博士生Farhan  Chowdhury（3年级）。

在这篇最新的文章中，汪宁教授研究小组发现，胚胎干细胞有一个独特固有的性能-即细胞软性质(Cell  softness)-这个性能决定了为什么很小的机械力能够促进胚胎干细胞的伸展与分化。

课题组将直径4微米的磁珠置于活的胚胎干细胞表面，然后施加一个微小的震荡磁场，使磁珠在磁场中来回震荡。通过精确测量磁场以及磁珠震荡的距离，可以计算出对细胞施加的机械力以及细胞软性质。

研究发现，机械力的周期性非常重要，它能够刺激细胞内部的力的产生，如肌球蛋白周期性运动。研究人员发现小鼠的胚胎干细胞相比其分化为其他类型的细胞要更柔软，对局部周期性的力更敏感。此外，研究人员利用这种周期性的力对人类的肌肉细胞进行研究，得到类似的结果。

研究还发现一个很小的局部力能够改变单个胚胎干细胞Oct3/4基因的表达，也许其他基因的表达也可以被改变。

这个新颖的课题可能弥补拟补化学刺激方法的某些不足：例如无法调节单个细胞的基因表达。

长江日报消息(记者李佳  通讯员黄志明)—种神奇的细胞--“胚胎干细胞”能生成任何器官或组织，如果人类患上不治之症，由它生成的替代性器官组织或能解决问题。

胚胎干细胞怎么造?主要通过复杂的生物化学方法。然而，华中科技大学校友、美国伊利诺伊大学的汪宁团队近日发现，机械力也能造成干细胞的生物学反应，这或许能应用到开发治疗性的克隆和再生的药物上。这篇研究报告发表在10月下旬的《自然～材料学》杂志上，并引起美国《科学家》的关注。

哈佛大学细胞生物学家D°″“1d  I″gb““接受采访时评价，“这是—项令人振奋的工作，深入下去将让科学家们解开机械力影响胚胎干细胞发育分化的机制”。

据了解，在21世纪，干细胞领域是生物学最令人兴奋的领域之—，而胚胎干细胞是具有最广泛发展潜力的干细胞，可以分化成所有不同种类的体细胞，用它培养人体组织和器官来治疗疾病是最理想的。

该领域的进展也许能帮助治疗许多目前无法治愈的疾病，如老年痴呆症、心脏病、糖尿病、神经系统衰退等。

专访汪宁  胚胎干细胞的研究新视点

编者按：伊利诺大学的一名华人科学家领衔的胚胎干细胞研究文章被《Nature  Materials》收录提前发表在在线版上，这一新颖的课题引发了著名的The  Scientist杂志的报道，目前New  Scientist杂志正准备采访汪宁教授，生物通作为中文媒体有幸采访到汪宁教授，各位读者可随着生物通记者了解更多这个课题的前因后果，发展趋势！

《Nature  Materials》大致内容介绍

胚胎干细胞有一个独特固有的性能-即细胞软性质(Cell  softness)：很小的机械力能够促进胚胎干细胞的伸展与分化，目前的研究还发现，机械力的改变会影响部分基因的表达情况。

The  Scientist报道汪宁教授文章时采访了相关领域的哈佛大学的细胞生物学家Donald  Ingber（未参与该文章的研究工作），他表示，I  think  it  is  very  exciting  work，深入下去将让科学家们解开机械力影响胚胎干细胞发育分化的机制。

同时接受The  Scientist采访的另一位相关领域专家，宾夕法尼亚大学Dennis  Discher表示，It  takes  large  steps  forward  toward  [understanding]  development  as  well  as  stem  cell  application，It  will  no  doubt  inspire  a  lot  more  work  on  various  types  of  stem  cells。

采访实录

生物通记者：机械力与胚胎干细胞发育的领域是您首创的吗？

汪宁教授：我认为，目前称之为领域可能为时过早。一个领域应该有许多其他实验室，科学家加入。但是我们的文章是首创用机械力刺激胚胎干细胞分化。

生物通记者：科学研究有时候也讲求灵感，您是如何想到要研究机械力对胚胎干细胞的分化影响状况的？

汪宁教授：很好的问题，好灵感不是经常有。这个发现(机械力能够促进胚胎干细胞的伸展与分化)其实是个偶然。3年前我们开始了这项课题研究。当时，世界上其它一些相关的主要实验室  (包括美国的)，基本上都把研究重点放在如何使用化学刺激对胚胎干细胞的分化方面。  我决定把重点放在研究机械力刺激对胚胎干细胞的影响。经过我们多次的反复实验，我们发现了胚胎干细胞有一个独特固有的性能-即细胞软性质-这个性能决定了为什么很小的机械力能够促进胚胎干细胞的伸展与分化。

生物通记者：目前世界上还有哪些实验室，科学家在从事这方面的研究？

汪宁教授：从事相关大领域方面研究的一些主要实验室，科学家如下：

Prof.  Donald  Ingber  of  Harvard  University

Prof.  Dennis  Discher  of  University  of  Pennsylvania

Prof.  Adam  Engler  of  University  of  California  at  San  Diego

Prof.  Paul  Janmey  of  University  of  Pennsylvania

Dr.  Emmanuel  Farge  of  Curie  Institute,  France

生物通记者：研究机械力对细胞分化的影响这一课题应该是交叉科学的课题，其中除了应用生命科学的研究手段还有哪些研究手段？这个领域有哪些研究方向？尤其是，有怎样的研究意义？

汪宁教授：是的。这是一个交叉科学的课题.  除了我们实验室的研究方法外，还可以利用其他研究方法(生物工程与生物物理方面)。

至于这个研究方向能否进一步地发展，还有待我们和同行科研工作者们进一步努力。

我们认为这项工作对研究胚胎发育有重要意义。  例如我们的研究也许可以延伸到载体研究。研究和了解哪些因子(机械的，  化学的)对从单个受精卵子发育成一个全功能的胚胎起重要作用。

生物通记者：目前，您研究到什么阶段，对临床研究有什么意义？

汪宁教授：我们目前的重点集中于基础研究。我们希望大家能够认识到目前这仅仅是一项基础研究成果。继续研究也许能够找到用机械力的方法来定向分化细胞培养。将来希望能把这项研究延伸到人胚胎干细胞。

然而这还有相当一段路要走.  但是,  我们希望其他实验室  (也包括我们自己)  能够把这项工作拓展到动物研究和临床研究，这将对医学与临床应用都有意义。

生物通记者：我看到您的文章中指出，机械力的改变可能改变基因的表达，这是一个十分有意思的现象，您怎么看这个现象，未来可能将这一现象投入应用吗？

汪宁教授：我们的研究结果表明一个很小的局部力能够改变单个胚胎干细胞Oct3/4基因的表达。也许其他基因的表达也可以被改变。如果是这样的话，这将是一个新的用加力的方法来改变基因表达。它可以拟补化学刺激方法的某些不足:例如无法调节单个细胞的基因表达。

生物通记者：您下一步的研究计划是什么？

汪宁教授：继续研究机械力刺激胚胎干细胞分化的信号传导机理.研究机械力刺激胚胎干细胞定向分化的途径.

生物通记者：对于干细胞领域的发展趋势，您有什么看法？

汪宁教授：在二十一世纪，干细胞领域是生物学最令人兴奋的领域之一。这个领域的进展可能对医学和公共健康产生重大影响。它也许不仅能够揭开许多生命科学的奥秘，而且也许能够帮助治疗许多目前无法治愈的疾病，如老年痴呆症、心脏病、糖尿病、神经系统的衰退,  等等。

后记：

采访的过程十分的顺利，汪宁教授总是温厚亲切的询问我是否有更多的问题。我在这衷心的祝福汪教授，在这个新的课题上取得非凡的成绩。