细胞物理学细胞如何通过比细胞核更小的间隙迁移

真核细胞(即具有细胞核的细胞)具有惊人的能力，可以彻底改变其形状和细胞骨架，从而使它们能够穿过比其细胞核直径还小的微小孔隙和收缩。然而，细胞核如何响应周围结构而改变形状，以及这种变形背后的物理机制仍不清楚。

慕尼黑大学实验物理学系教授 Joachim Rädler 的研究小组研究了活细胞的自组织和动力学。在《科学进展》杂志上发表的一项研究中，该团队分析了穿过狭小空间的细胞的特性。

“细胞是具有弹性的活性系统，”拉德勒解释说，他想了解是什么决定了细胞的形状、速度和方向。为此，他和他的团队使用合成微结构作为研究细胞运动和局部力的平台。

“在这个受控环境中，我们使用扫描延时显微镜观察大量在材料中移动的单个细胞，”Rädler 说道。细胞运动由 Chase Broedersz 教授(阿姆斯特丹自由大学)团队的数据驱动模型进行分析。

通过这种方式，研究人员研究了癌细胞核在可变形的 3D 水凝胶通道中迁移的力学和动力学。“利用共聚焦成像和水凝胶珠位移，我们能够追踪细胞核在通过给定收缩时发生的变形和相应的力，”博士候选人兼研究的主要作者 Stefan Stöberl 说。

观测表明，在约束过程中，原子核发生可逆变形，体积减小。

此外，研究人员还发现，随着通道宽度减小，细胞核的形状在迁移过程中会经历两个阶段的变化。他们发现迁移速度和转变频率对通道宽度具有双相依赖性，表明在通道宽度与细胞核直径相当时，转变率最大。

拉德勒说： “我们提出的物理模型解释了观察到的细胞核形状和转变动力学，即随着核限制的增加，细胞骨架力的产生从拉动为主的机制转变为推动为主的机制。”

有了这些知识，研究人员现在可以帮助识别细胞骨架中与癌细胞侵袭相关的元素。