图像显示从正常供体（左）和哮喘供体获得的人支气管上皮细胞。颜色编码的条形图反映了细胞移动的速度。
哈佛大学的一项新研究陈公共卫生学院揭示了一个出乎意料的发现–在哮喘患者中，肺部呼吸道内的细胞形状异常，并且“四处乱窜，就像进行消防演习一样。”
这些发现也可能对其他领域的研究产生重要影响，特别是在癌症中，相同种类的细胞起着重要作用。
生物工程和生物医学教授杰弗里·弗雷德伯格（Jeffrey Fredberg）说，到目前为止，科学家们认为，上皮细胞不动地坐在那里，那里不仅覆盖着肺部的气道，而且还覆盖着人体和大多数器官的主要腔体，就像铺在地板上的瓷砖或拥堵的汽车一样。哈佛商学院生理学研究的资深作者之一，该研究于8月3日在线发表在《自然材料》上。但是研究表明，在哮喘中，情况恰恰相反。
生物学物理学
研究人员决定研究哮喘气道中细胞的详细形状和运动，因为据弗雷德伯格说，越来越多的研究表明，物理力改变了细胞的形成，生长和行为方式。有了这种知识，而且没有人知道是什么原因导致哮喘（全世界有3亿人折磨）这一事实，观察上皮细胞的形状和运动是很有意义的，许多科学家认为上皮细胞在该疾病中起关键作用。
该研究的主要作者包括环境卫生部门的研究科学家Park Jin-Ah Park和Jae Hun Kim，研究哮喘的人以及该部门的肺病学家兼教授Jeffrey M. Drazen研究哮喘的“机械转导”，即如何哮喘的支气管收缩可能触发上皮细胞改变。这项研究还包括环境物理学系生理学高级讲师，数学物理学家James Butler，锡拉丘兹大学的M. Lisa Manning和Max Bi，以及哈佛大学商学院和其他哈佛机构的同事。
为了分析细胞运动，研究人员拍摄了上皮细胞的延时图像。他们还制作了录像，生动地显示了正常细胞与哮喘细胞之间的差异。视频显示正常细胞接近五角形，被卡住-它们几乎不移动-而哮喘细胞变得更呈纺锤形，并不断移动和旋转而不会被卡住。
为了分析工作中的机械力，研究人员将来自正常气道或哮喘气道的上皮细胞层放置在模拟肺部僵硬程度的软凝胶表面上。随着细胞的移动，它们的推拉运动也导致凝胶也移动。这种凝胶的运动使研究人员能够推断出细胞之间起作用的机械力。
下一步
现在，人们知道哮喘气道中的上皮细胞形状怪异，没有被卡住，科学家不得不弄清楚它发生的原因-哮喘是导致细胞解开阻塞，还是细胞的解开阻塞都会导致哮喘。
帕克说：“要弄清为什么这种特殊的细胞形状和运动正在发生，这是一个很大的问题。”“我们知道哮喘与基因，环境以及两者之间的相互作用有关，但对哮喘的了解仍然很少。”
弗雷德伯格说，无论出于何种原因，更多地了解这些细胞如何卡死和解除卡顿很重要，因为上皮细胞不仅在哮喘中而且在涉及细胞生长和运动的所有过程（包括器官发育，伤口愈合以及，重要的是，癌症。这些发现为开发新的药物来对抗哮喘和其他疾病打开了大门，也为新的研究问题打开了大门。
弗雷德伯格说：“试图定义细胞的行为方式，它们如何相互施加作用力以及如何改变它们的作用是一个悬而未决的大问题。”“全世界的研究人员正在越来越多地关注这些问题。这是非常令人兴奋。”
出版物：Jin-Ah Park等人，“哮喘气道上皮细胞的吞咽和细胞形态”，《自然材料》（Nature Materials），2015年； doi：10.1038 / nmat4357
