Cell解密胚胎发育之谜：为何固体变成了液体？

奥地利科学技术研究院（IST）的科学家观察斑马鱼胚胎的发育过程时，发现了一个戏剧性的变化：在短短几分钟内，固体状的胚胎组织就变成了液体状。是什么导致这种变化，这在胚胎的进一步发育中起什么作用呢？研究人员通过多学科合作，找到了可以改变我们对发育和疾病关键过程（例如肿瘤转移）的看法的新见解。

这一研究发现公布在Cell杂志上。

Small change - big effect

胚胎第一次开始改变其形状，进入称为形态发生的阶段。在一项新研究中，研究人员更深入地研究了组织液化过程中细胞水平的变化。

研究人员发现在液态化之前，单个细胞与其四到五个相邻细胞相连。但是，在液态化开始时，只剩下三到四个邻居连接，细胞连通性的微小变化是否真的会导致组织粘度相差十倍？

为此研究人员转向物理学，希望可以提供解释这种作用的框架。

通过类比，研究小组意识到每个具有四个相邻邻居的细胞实际上有一个非常特殊的阈值：19世纪的物理学家詹姆斯・克莱克・麦克斯韦（James Clerk Maxwell）已经意识到，处于这种连通性水平之下的桥梁或网络等结构已不再是刚性的。这与将细胞连接到少于四个邻居时发生的组织液化现象的实验观察结果完全吻合。使用这种类比，研究小组能够证明组织的液化显示出相变的特征，即从一种固体，液体或气体之类的状态到另一种状态的过渡。

A critical point

在发现与相变相似之后，科学家通过操纵细胞的连通性进一步进行了实验。结果显示无论进行何种操作，连接的临界点足以解释实验观察到的组织粘度的突然变化。此外，他们从非生命系统的物理原理中追踪了所有相变的预期特征。

但是，如果每个细胞仅失去一个连接就足以触发胚胎组织如此重大的变化，那么如何避免意外的变化呢？

“令我非常困惑的是，这似乎对胚胎来说是一个非常危险的过程。现在我们知道有一个关键点，我们可以询问是什么调节了它的平衡。我们发现的其中一项规则是细胞的时间选择定义组织连通性，以及由此引起的粘度如何随时间和空间变化的领域。”作者说。

From fish embryos to tumor research

过渡对于微小配套的进一步发育至关重要。但是，它也似乎在癌症生长中起作用。当肿瘤转移时，最近的研究表明组织也会从固体突然变为液体，这可能会使癌细胞更容易移动。

（生物通：万纹）

原文标题：

Nicoletta I Petridou, Bernat Corominas-Murtra, Carl-Philipp Heisenberg & Edouard Hannezo. Jahr. Rigidity percolation uncovers the structural basis of embryonic tissue phase transitions. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.017