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长期以来，人们一直认为只有神经和心脏细胞使用电脉冲进行交流，而上皮细胞——构成我们皮肤、器官和体腔的内膜——则是沉默的，主要起到保护屏障的作用，可以吸收和分泌各种物质。但马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的两位研究人员颠覆了这一现状，他们表明上皮细胞确实会相互“交谈”，尽管是通过缓慢的电信号。由高分子与科学与工程学院Robert K. Barrett教授Steve Granick和博士后sunmin Yu领导的这项发现，最近发表在《美国国家科学院院刊》上，可以为从可穿戴生物电传感器到伤口愈合的所有领域提供新的应用。
首次探测到上皮细胞的缓慢、无声“尖叫”
马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究团队发现，曾被认为“沉默”的细胞实际上通过“电脉冲”进行通信，这一发现可能为生物电应用开辟新天地。
长期以来，人们一直认为只有神经细胞和心肌细胞利用电信号进行通信，而上皮细胞——构成皮肤、器官和体腔内衬的细胞——被认为是“沉默”的，主要作为保护屏障，吸收和分泌各种物质。然而，马萨诸塞大学阿默斯特分校的两名研究人员推翻了这一传统认知，他们发现上皮细胞确实会“交谈”，只是通过缓慢的电信号进行。该研究由聚合物科学与工程罗伯特·K·巴雷特教授Steve Granick和博士后研究员Sun-Min Yu领导，相关成果最近发表在《美国国家科学院院刊》上，这一发现可能为从可穿戴生物电传感器到伤口愈合等众多领域带来新的应用。
“上皮细胞做的事情是没有人想到要去寻找的，”Granick说，“当受到损伤时，它们会向邻居‘尖叫’，缓慢、持续且跨越令人惊讶的距离。这就像神经冲动一样，但速度慢了1000倍。”他的团队通过融合聚合物科学和生物学的好奇心驱动方法，揭示了这种隐藏的细胞信号。
Granick和Yu使用一种覆盖上皮细胞的芯片，上面精确放置了60个电极来“窃听”。Yu是细胞培养专家，她在芯片上培养了一层人类上皮细胞，该芯片能够检测到微小的电位变化。
他们利用精确的激光产生单个细胞的“刺痛”模式，观察到信号向外扩散。“我们追踪了细胞如何协调它们的反应，”Yu解释说，“这是一种慢动作的兴奋对话。”
与神经细胞快速的神经递质爆发不同，上皮细胞依赖于离子流动——尤其是钙离子——产生比神经细胞慢得多但电压类似的信号。这些信号可以持续很长时间：格拉尼克和孙敏观察到细胞“交谈”超过五小时，跨越的距离几乎是它们自身长度的40倍。
尽管格拉尼克和孙敏证明了钙离子是上皮细胞“交谈”的必要条件，但他们尚未测试其他可能参与“交谈”的因素。尽管他们这一新发现的直接应用还有待观察，但其意义是深远的。
“可穿戴传感器、可植入设备以及更快的伤口愈合都可能由此产生，了解受损细胞之间的‘尖叫’为我们打开了以前未知的大门”。
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