武漢訊 – 華中科技大學（HUST）生命科學與技術學院李毅偉教授和劉必峰教授領導的研究團隊，近日在機械細胞重編程和癌症細胞轉分化治療領域取得重大突破。他們成功開發出一種新型組織擬態水凝膠，能夠精準調控細胞微環境的力學特性，進而誘導細胞命運的轉變，為癌症治療帶來了全新的策略和希望。

細胞命運的力學密碼：微環境硬度與細胞行為的關聯

傳統的細胞生物學研究往往側重於化學信號對細胞行為的影響，而忽略了細胞所處微環境的力學特性。然而，近年來越來越多的研究表明，細胞外基質（ECM）的硬度、彈性等力學因素，對於細胞的增殖、分化、遷移乃至腫瘤的發生發展都起著至關重要的作用。

李毅偉教授團隊長期致力於研究細胞與微環境之間的力學互作。他們發現，癌細胞通常存在於較硬的組織微環境中，這種硬度不僅促進了癌細胞的惡性轉化，也使其對傳統化療藥物產生耐藥性。因此，如何通過調控細胞微環境的力學特性，逆轉癌細胞的惡性表型，成為了他們研究的核心目標。

組織擬態水凝膠：精準調控細胞微環境的利器

為了實現對細胞微環境力學特性的精準調控，李毅偉和劉必峰教授團隊巧妙地設計並合成了具有組織擬態特性的水凝膠材料。這種水凝膠能夠模擬不同組織的力學特性，例如肌肉的柔軟、骨骼的堅硬等。更重要的是，研究人員可以通過調節水凝膠的交聯密度、聚合物種類等參數，精確控制其硬度和彈性模量，從而構建出具有不同力學微環境的細胞培養平台。

這種水凝膠的優勢不僅在於其可調控的力學特性，還體現在其良好的生物相容性和可降解性。水凝膠的主要成分通常是天然或合成的高分子聚合物，例如透明質酸、膠原蛋白、聚乙二醇等，這些材料具有良好的生物相容性，能夠減少對細胞的毒性反應。同時，水凝膠的可降解性也使其在體內應用中具有優勢，能夠隨著時間的推移逐漸被機體吸收和代謝。

機械細胞重編程：逆轉癌細胞惡性表型的創新策略

利用這種組織擬態水凝膠，李毅偉教授團隊成功地實現了對癌細胞的機械細胞重編程。他們將癌細胞培養在具有較低硬度的水凝膠上，發現癌細胞的形態、基因表達和行為都發生了顯著的改變。癌細胞的侵襲性和轉移能力明顯降低，甚至出現了向正常細胞轉化的趨勢。

這種機械細胞重編程的機制可能與細胞骨架的重塑、細胞信號通路的改變以及表觀遺傳修飾的調控有關。研究人員發現，在較軟的水凝膠上，癌細胞的細胞骨架會發生解聚，細胞形態變得更加圓潤，細胞與細胞之間的連接也更加緊密。同時，一些與腫瘤發生發展相關的信號通路，例如PI3K/Akt通路、MAPK通路等，也會受到抑制。此外，表觀遺傳修飾，例如DNA甲基化和組蛋白乙酰化，也可能在機械細胞重編程中發揮重要作用。

癌症細胞轉分化治療：誘導癌細胞向良性細胞轉化

除了機械細胞重編程，李毅偉和劉必峰教授團隊還探索了利用組織擬態水凝膠進行癌症細胞轉分化治療的可能性。他們發現，在特定的力學微環境下，癌細胞可以被誘導轉化為具有特定功能的良性細胞。例如，他們成功地將乳腺癌細胞誘導轉化為脂肪細胞，將肝癌細胞誘導轉化為肝細胞。

這種癌症細胞轉分化治療的策略具有重要的臨床應用前景。傳統的癌症治療方法，例如手術、化療和放療，往往會對正常組織造成損傷，產生嚴重的副作用。而癌症細胞轉分化治療則可以將癌細胞轉化為良性細胞，從而減少對正常組織的損傷，降低治療的副作用。

挑戰與展望：從實驗室到臨床的漫長征程

儘管李毅偉和劉必峰教授團隊的研究成果令人鼓舞，但將這種基於組織擬態水凝膠的機械細胞重編程和癌症細胞轉分化治療策略應用於臨床，仍然面臨著諸多挑戰。

首先，需要進一步深入研究機械細胞重編程和癌症細胞轉分化的分子機制，明確哪些力學信號通路和表觀遺傳修飾在其中發揮關鍵作用。只有深入了解這些機制，才能更好地設計和優化水凝膠材料，提高治療效果。

其次，需要開發出更加安全有效的體內遞送系統，將水凝膠材料精準地遞送到腫瘤部位。目前，水凝膠材料的體內遞送仍然是一個難題，需要克服諸多技術障礙，例如免疫排斥反應、靶向性差等。

此外，還需要進行大量的臨床前研究和臨床試驗，驗證這種治療策略的安全性和有效性。在臨床試驗中，需要嚴格控制水凝膠材料的劑量、給藥途徑和給藥時間，密切監測患者的病情變化和不良反應。

總結與研判：力學微環境調控將成為癌症治療的新興方向

總而言之，華中科技大學李毅偉和劉必峰教授團隊的研究成果，為機械細胞重編程和癌症細胞轉分化治療開闢了新的道路。他們開發的組織擬態水凝膠，能夠精準調控細胞微環境的力學特性，誘導癌細胞發生良性轉化，為癌症治療帶來了全新的策略和希望。

儘管將這種治療策略應用於臨床仍然面臨著諸多挑戰，但我們有理由相信，隨著研究的深入和技術的進步，力學微環境調控將成為癌症治療的一個重要方向。未來，我們可以期待看到更多基於力學微環境調控的創新療法，為癌症患者帶來福音。這種療法不僅有望提高癌症的治療效果，還能夠減少治療的副作用，改善患者的生活質量。

值得注意的是，該研究也提示我們，在進行細胞培養和藥物篩選時，應當充分考慮細胞微環境的力學特性。傳統的細胞培養方法往往忽略了這一因素，可能導致實驗結果的偏差。因此，在未來的研究中，我們應當更加重視細胞與微環境之間的力學互作，構建更加接近生理狀態的細胞培養模型，從而提高實驗結果的準確性和可靠性。

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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: October 16, 2025