梯度流体剪切应力调节破骨细胞体的迁移
发布时间：2021/12/15 17:18:00关注度：2676
细胞的体内迁移通常发生在血管或间质腔内的流体流动下，通过癌细胞转移、免疫反应、胚胎发育和组织再生等途径。大量基于微流体技术或平行平板流动室的体外实验研究了流体剪切应力 (FSS) 对细胞迁移的影响。然而，在某些情况下，细胞可能会在流动刺激下表现出意想不到的行为。例如，MDA-MB-231 癌细胞呈高密度或抑制 CCR-7 受体逆流向迁移。
单核破骨细胞体的迁移从骨微循环系统的毛细血管开始，并在靠近骨表面的骨膜处结束，包括骨小梁和骨髓腔。机械载荷引起的骨矿物基质变形可以驱动腔内流体流动，由此诱导骨表面和贴壁骨细胞上的 FSS。当破骨细胞进入骨表面时，它们会受到间质液流动的剪切应力，类似于成骨细胞。鉴于微损伤内的 FSS 水平应低于骨表面的水平，破骨细胞体可能会向低 FSS 区域迁移。然而，这种推测缺乏来自实验观察的证据。基于此，北京理工大学宇航学院生物力学与生物材料实验室进行了相关研究，报告了在梯度 FSS 下破骨细胞体的另一个意外迁移。通过使用改进的平行平板流动室建立了 FSS 梯度。将破骨细胞体 RAW264.7 细胞暴露于不同幅度和梯度的 FSS，并分析细胞迁移的参数。此外，还研究了机械敏感阳离子通道 (MSCC)、内质网 (ER)、磷脂酶 C (PLC) 和细胞外钙信号通路对流动诱导的细胞迁移的影响。
梯度平行板流室
该实验设计并制造了一个改进的平行平板流室，以建立具有不同梯度的壁面 FSS 的流场。该装置与传统平行板流动室的不同之处在于顶盖倾斜，使其在垂直于腔室纵轴方向上与底板不平行。通过蠕动泵的转速来控制施加在细胞上的壁面 FSS。因此，这种梯度平行板装置能够为细胞提供梯度 FSS 的微环境。在这项研究中，RAW264.7 细胞暴露在梯度 FSS 中，幅度从 0.1 Pa 到 2.0 Pa，这是骨腔内的生理水平。当细胞在 FSS 下应用 2h 时，它们更倾向于向低 FSS 区域而不是沿流动方向迁移。如果在 0.1 Pa FSS 下将刺激持续时间延长至 8h，结果表明在 2、4、6、8h 不同时间点迁移速度无显著差异，但每个时间点的迁移速度均显著高于者，表明细胞可以在 8h-FSS 刺激期间保持其向低 FSS 区域迁移的能力。
为了阐明破骨细胞体的 FSS 梯度依赖性迁移机制，实验重点研究了与机械敏感离子通道和 ER 相关的钙信号通路。为了验证钙信号通路是否可能参与上述 FSS 梯度诱导的细胞迁移，采用化学处理来抑制钙通过 MSCC 的转运和 ER 的钙释放途径。在 FSS 梯度为 0.1 和 0.2 Pa mm−1 时，在大迁移角位置捕捉细胞的明场图像。
当化学阻断 MSCC、PLC、ER 通路并去除细胞外钙离子时，细胞向 FSS 低水平区域的迁移明显减少，但沿流动方向的迁移较对照组明显增强。此外，随着抑制剂的加入，细胞迁移角度显著降低。这些结果表明 RAW264.7 细胞向低 FSS 区域的迁移可能受钙信号通路的调控。
总之，该研究采用定制的平行板流室来构建梯度 FSS 流场。结果表明，当 FSS 幅度较小时，RAW264.7 细胞向低 FSS 区域迁移，但 FSS 梯度较大。这种 FSS 梯度诱导的 RAW264.7 细胞迁移受钙信号通路调控。这项研究可能为骨吸收区破骨细胞体的募集机制提供新的思路。
参考文献：Gao Y, Li T, Sun Q, Huo B. Gradient fluid shear stress regulates migration of osteoclast precursors. Cell Adh Migr. 2019 Dec;13(1):183-191. doi: 10.1080/19336918.2019.1619433. PMID: 31131719; PMCID: PMC6550536.原文链接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/31131719/
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