再登《Nature》子刊！北京科学家发现“细胞迁移”新模式，引发国际关注！

细胞作为由大量生物分子构成的复杂系统，细胞迁移（运动）涵盖了重要的多时空尺度复杂科学问题。细胞迁移在形态发生、伤口愈合和肿瘤转移等生命过程中发挥了关键作用，因而也是物理、生物、化学、工程等跨学科交叉研究的前沿领域之一。

近期，北京师范大学系统科学学院/非平衡系统研究所李辉教授与合作团队，从测量细胞内扩散动力学出发，发现了细胞调控速度和方向的迁移模式切换机制。相关成果发表在Nature Communications 14, 5166, (2023)。

团队利用活细胞三维单分子跟踪技术，实时同步观测了角质细胞的迁移行为以及细胞内量子点的扩散动力学，并结合了超分辨荧光显微成像STED、原子力显微镜AFM、显微操纵等多种实验技术，系统研究了分子层级的胞内扩散动力学、亚细胞层级的伪足三维结构、以及细胞层级的迁移行为三者之间的复杂关系，发现了新的细胞迁移模式，揭示了细胞速度和方向的多尺度协同调控机制。

该研究发现：

1.细胞内的扩散速率与细胞的迁移速度呈正相关；

2.存在一种新的细胞慢速迁移模式，细胞在快速和慢速两种模式间可逆转换，以调控细胞的迁移速度。与传统的细胞快速迁移不同，慢速迁移细胞具有前高后低的板状伪足、胞内扩散速度降低、生物大分子局限于伪足前端的特征；

3.在细胞的转向运动过程中，细胞内部扩散动力学和板状伪足三维结构出现了左右的对称性破缺，表现为处于转向外侧的伪足变厚且内部扩散速度下降。

基于上述研究，团队提出了一种细胞调控胞内局部微丝聚合以及分子拥挤程度的生物物理机制对细胞迁移模式的可逆转换进行了解释。

细胞迁移模式转换的生物物理机制

李辉教授研究组长期开展生物复杂系统的动力学研究，发展了活细胞三维单分子动态成像技术和定量分析方法，探究了细胞内的输运动力学以及细胞迁移的相关生物物理问题。李辉教授以第一/通讯作者将研究成果发表在PNAS, J. Am. Chem. Soc.等期刊，其中多篇被选为封面。

团队本次发表的论文也被编辑推荐并收录于多尺度生物复杂系统研究专题“From molecules and cells to organisms”，该工作获得了国家自然科学基金和中国科学院的支持。

延伸阅读：

北京师范大学系统科学学科建设起步早，并具备了突出的特点和优势。1990年，北师大成为系统理论首批博士学位授权单位；1998年，建立全国首个系统科学博士后流动站；2017年和2022年，系统科学学科连续两轮入选国家“双一流”建设学科名单。

来自北京师范大学新闻网、北京师范大学系统科学学院官网

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