微觀世界的心臟建構：細胞的精密配對遊戲

在胚胎發育的過程中，心臟細胞就像參加一場微觀的快速約會，必須找到完美的配對。這些細胞利用名為「絲狀偽足」的微小觸手狀結構，探測周圍環境並抓住潛在的伴侶。如果配對錯誤，蛋白質會介入將它們分開，確保精確的對齊。研究人員以果蠅為模型，揭示了細胞組織過程中黏附能量與彈性之間的微妙平衡。

在發育中的心臟裡，細胞不斷移動，互相碰撞，尋找正確的位置。這是一個高風險的過程——與錯誤的細胞配對，可能導致心臟無法正常跳動。3月12日發表於《生物物理學期刊》的研究，深入探討了這一精密的配對機制。研究人員建立了一個模型，追蹤心臟細胞的移動與互動，幫助預測基因變異如何影響果蠅的心臟發育。

無論是人類還是果蠅，心臟組織都是由胚胎中兩個分開的區域形成，起初相距甚遠。隨著發育的進行，這些細胞向彼此遷移，最終合併成一個管狀結構，成為心臟。為了讓這個過程順利進行，細胞必須精確對齊並正確配對。

華威大學的首席作者提摩西·桑德斯表示，當細胞聚集時，它們會晃動並調整，最終總是與同型別的細胞配對。這一觀察激發了團隊探索細胞如何配對，以及它們如何知道找到了正確的伴侶。

發育中的心臟細胞利用絲狀偽足探測周圍環境並抓住潛在的伴侶。桑德斯先前的研究發現，蛋白質會產生波動，將配對錯誤的細胞分開，讓它們有機會找到正確的配對。桑德斯形容：「這就像細胞在進行快速約會，它們只有短暫的時間來判斷是否合適，如果配對錯誤，分子『朋友』會將它們分開。」

研究人員發現，心臟細胞尋求穩定性，就像物理學中的能量平衡，讓滾動的球最終停止。在發育中的心臟細胞中，這種原理體現在細胞找到連線力量與應變能力之間的平衡，也就是黏附能量與彈性。基於這一觀察，團隊建立了一個模型，展示細胞如何自我組織。

接下來，團隊在果蠅心臟中測試了他們的模型，觀察突變與錯位的情況。透過計算不同細胞型別之間的黏附能量並評估組織彈性，模型預測了細胞如何配對與重組。桑德斯指出：「雖然罕見，但有時心臟管的一側會出現一個細胞，而實際上應該有兩個，或者出現兩個細胞而應該有四個。我們可以將這些缺陷輸入模型並執行，結果與真實胚胎中的觀察非常接近。」

團隊強調，他們的模型不僅增進了我們對心臟發育過程中細胞配對與對齊的理解，還具有更廣泛的應用。類似的細胞配對過程在神經連線、傷口修復與面部發育中同樣重要，任何失誤都可能導致如唇顎裂等狀況。桑德斯補充：「本質上，我們將生物過程量化，以解釋我們觀察到的現象。」

這項研究由華威大學、EMBO全球研究員計畫、新加坡教育部學術研究基金、新加坡國家研究基金會研究員獎、HFSP青年研究員獎以及英國心臟基金會研究資助支援。