日复一日，我们与办公室同事沟通以完成运作所需的任务。我们体内 200 多种不同类型的细胞做着同样的事情，但它们相互交流的方式并不像发送电子邮件那么简单。
像 Ioannis Zervantonakis 这样的研究人员仍在尝试了解这些细胞实际上是如何相互通信的。匹兹堡大学斯旺森工程学院生物工程助理教授最近获得美国国家普通医学科学研究所最大化研究者研究奖，他的项目“细胞迁移和细胞外基质重塑中的巨噬细胞-成纤维细胞通讯”将获得超过195万美元未来五年的资金总额。
泽万托纳基斯微环境工程实验室将微流体、系统生物学建模和体内实验相结合，研究复杂微环境对细胞生长、迁移以及对健康和疾病的反应的作用。通常他的研究重点是癌症，但这个项目将特别关注两种类型的细胞之间的关系：巨噬细胞和成纤维细胞。
“这对于了解这两种细胞类型交流的基本过程非常有用，”泽万托纳基说。“它们共同赋予组织愈合、生长和适应不断变化的环境的能力。”
成纤维细胞是产生和维持多种结缔组织问题的细胞，以支持广泛的基本器官功能，例如对皮肤尖锐损伤的抵抗力和疤痕的愈合。巨噬细胞是白细胞，通过吞噬异物并启动免疫反应来帮助消除有害物质。这两种细胞都有助于调节体内的组织稳态或平衡。
目标之一是找出这些细胞对复杂 3D 环境中缺氧或缺氧的反应。与该领域以往的研究不同，该项目涉及微流体装置工程的新技术开发，以精确控制氧气流量，并使用细胞生物传感器来研究成纤维细胞和巨噬细胞如何对完整组织中的细胞外基质变化做出反应。
“通过计算模型和微流体设备，我们可以开始梳理细胞间通讯中更重要的事情：氧气更重要吗?细胞外基质中细胞产生的机械力重要吗?” 泽万托纳基斯说道。“如果我们的成纤维细胞和巨噬细胞过度激活，我们可以靶向哪些蛋白质来减弱它们的激活，从而减少炎症和组织疤痕。”
这项研究的结果将有几个重要的意义。该领域可以解决的主要问题之一是了解如何治疗各种类型的肺部疾病。
“在慢性肺动脉高压或肺纤维化中，巨噬细胞和成纤维细胞之间的通讯可能失调，”泽万托纳基斯说。“当我们的肺部纤维化时，氧气水平会发生变化，因此了解氧气如何影响这两种细胞类型可以帮助我们找到针对这些疾病的新药物。”
Zervantonakis 团队将研究的蛋白质(四跨膜蛋白和细胞基质粘附受体)还可以在癌症和自身免疫性疾病中调节巨噬细胞-成纤维细胞的通讯，并可能影响组织再生。
“由于巨噬细胞和成纤维细胞对组织发育很重要，因此操纵控制成纤维细胞机械行为或巨噬细胞运动的蛋白质可用于刺激再生或了解发育缺陷。”
在该实验室工作的生物工程博士生李如轩表示，该项目的独特之处在于它使用了 3D 体外模型，这是该实验室的一个特色，可以建立比动物研究模型更高效、成本更低的模型。
“我们在实验室中使用各种 3D 体外培养系统，包括微流控芯片、微孔和 3D 水凝胶共培养系统来研究细胞行为，”Li 说。“与动物模型和 2D 组织培养模型不同，3D 体外模型可以模拟人体组织的 3D 结构和微环境。”
该提案的大部分初步数据得到了 Li 和博士后学者 Youngbin Cho 的支持，他们也评论了 3D 模型的重要性。
Cho 说：“我们计划增强我们的 3D 体外平台，以精确捕获细胞外基质内巨噬细胞和成纤维细胞之间复杂的相互作用。” “利用我们的高分辨率共焦显微镜成像系统和微流体装置，我们将观察细胞驱动的实时细胞间相互作用和结构矩阵重塑。”
未来五年，Zervantonakis 的 MIRA 的目标是通过为研究人员提供更大的稳定性和灵活性来提高 NIGMS 资助的效率，从而提高科学生产力和取得重要突破的机会。
“这都是关于基本问题和基本机制的：我们基本上正在研究细胞间通讯机制的失调，这可能对许多疾病产生影响，”泽万托纳基斯说。
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