细胞间桥是细胞分裂末期在两个子细胞之间形成的胞质连通结构，直径1~2 μm，可以介导子细胞之间细胞器、mRNA、信号分子等物质的传递。钙是细胞内重要的第二信使，细胞间桥如何介导子细胞之间的钙波通讯尚不清楚。近日，我院潘雷霆教授、许京军教授研究团队基于光刻图案化技术在小胶质细胞间桥介导的胞间钙波通讯机制研究获重要阶段性成果。相关结果以“Intercellular bridge mediates Ca2+ signals between micropatterned cells via IP3 and Ca2+ diffusion”为题发表在国际生物物理领域著名学术期刊《Biophysical Journal》。
正常基底上形成的细胞间桥只有几微米长，且存在时间较短，方向不定，难以可控、定量的研究细胞间桥介导的钙波传递。为此，课题组基于光刻图案化技术设计制作了哑铃状图案来控制BV-2小胶质细胞的分裂，诱导其子细胞之间形成长度达十几微米、存在时间达数十分钟的细胞间桥（图1A）。借助于这种大尺寸且较稳定存在的细胞间桥，我们使用微局域机械力刺激其中一个子细胞引发钙动员使得另外一个子细胞发生钙动员（图1B），发现细胞间桥既可以介导钙离子自由扩散通过，也可以介导IP3依赖的钙库释放，且钙离子的自由扩散速度（K2）大于IP3依赖的钙库释放速度（K1）。当钙释放途径被IP3受体抑制剂阻断后，钙离子在细胞间桥中的被动扩散可被直观的观察（图1C）。此外，我们还基于扩散方程对钙离子和IP3在细胞间桥中的扩散行为以及二者在两个子细胞中的浓度变化进行了数值模拟，结果与实验相吻合（图1D）。综上，借助细胞光刻图案化技术，课题组首次揭示了细胞间桥可通过钙离子自由扩散和IP3信号途径两种方式介导有丝分裂末期子细胞之间钙波通讯，为研究钙信号在狭长结构中的传递行为提供了新的实验方案和数据支撑。
图1 基于光刻图案化控制的细胞间桥介导的胞间钙波通讯。
本文第一作者是博士研究生邢福临，第二作者是本科生屈嵩岳，通讯作者为潘雷霆教授，南开大学为第一作者及通讯作者单位。本工作的光刻实验得到了物理学院高峰副教授支持和帮助。本工作得到了国家自然科学基金资助。《Biophysical Journal》杂志是国际生物物理领域著名期刊，美国生物物理学会唯一学术期刊，1960年创刊，Cell Press出版发行。
相关论文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S000634952030028X
