http://www.newscientist.com/article/mg20527471.100-healing-touch-the-key-to-regenerating-bodies.html

你的生命始于一个单细胞。到如今你则由数万亿个细胞而组成。人类体内的细胞数量比银河系中的恒星数量还多。每天有数十亿的细胞死去，同时又新生出同样数量的细胞。一旦受伤，超过十亿数量的细胞就会冒出来，修复受损的血管，生成新的皮肤、肌肉乃至骨骼。

尽管细胞的数量非常惊人，但更了不起的是，这些细胞基本都知道如何各司其职——是变成皮肤还是骨骼，等等。问题是，它们怎么办到的？

"细胞没有眼睛，也没有耳朵，" 位于费城宾夕法尼亚大学的生物物理工程师，丹尼斯·迪斯凯尔说道，“如果你既盲又聋，那你将通过触觉和味觉来感知周围的事物。你能分辨出柔软的椅子，可供休息。坚硬的墙壁，你得绕开。还能感觉出自己是在地毯上还是在水泥地上走。”

直到最近，研究重点都还是放在“嗅觉”上：即细胞如何响应诸如生长因子这类化学信号。生物学家认为细胞就像自动装置一样，毫无条件的服从指令。不过，近年来开始浮出水面的事实指出，触觉也同样至关重要，这让细胞了解它们处于什么位置，应该做什么。例如，将干细胞置于流动的流体中，它们就能生成血管。

如今的研究表明细胞、基因和人体内部环境之间存在着大量的相互影响和作用，它们构成了身体生长和发展的一幅绚丽的动态图画。这也许可以解释为什么锻炼和理疗对于保健和xx是非常重要的——例如，如果身体正从伤病中恢复，而细胞却没有获得正确的信号，它们就不知道该怎么做。这也有助于解释生物如何进化出新的形态——细胞对于自己的职责了解得越好，它所需的遗传指令就越少。

{zx1}的调查结果对于需要更换组织和器官的患者同样是个好消息。如果组织工程师能够准确提供适当的体质环境，将更利于干细胞转化为所需组织以及堪比xx器官的复杂的三维人造器官。医生已经在试验运用触觉信号来提高伤口愈合及再生的方法。

一直以来生物学家都在怀疑，机械效力可以帮助生物形态的发育。“一百年前，人们看着胚胎，发现这是一个令人难以置信的生理过程，”哈佛大学的韦斯生物启发工程研究所所长，唐纳德·因格贝尔说，“后来，有了生物化学与分子生物学，那个婴儿就连同洗澡水一起被倒掉，所有人都只盯着化学机制和基因。”

很明显，身体效力确实发挥作用——例如，宇航员在零重力环境下生活会导致骨质流失——但直至最近都没有办法来测量和处理个体细胞产生的微小效力。近几年由于原子力显微镜等设备的普遍应用，才得以让生物学家、物理学家和工程师有办法研究这些效力如何影响细胞的行为。

最明显的例子来自于迪斯凯尔及其同事，他们利用原子力显微镜测量各种组织和凝胶垫的硬度。然后在凝胶上培育人体间质干细胞——骨骼、肌肉和其他组织类型的前体。在所有的实验中，细胞均生成了与凝胶硬度高度匹配的组织。

在最软的凝胶上——如同脑组织——生成了神经细胞。与之相比坚硬10倍的那些凝胶——如同肌肉——生成肌肉细胞，硬度再高的凝胶则生成骨骼（《细胞》，第126卷，第677页）。“组织和组织之间的触觉存在差异并不令人惊讶，”迪斯凯尔说道。毕竟，每次腹部触诊医生依靠的就是这种差异。“令人惊讶的是，细胞能分辨这些差异。”

细胞如何做到这一点，事实正日趋明显。 血细胞以外的大多数细胞都生活在纤维细胞外基质里。细胞膜内一种称为整合素的蛋白质将每个细胞与基质相连，同时细胞内部的蛋白架构不断牵引着这些整合素，创建出一个拉紧的、协调的整体。“你没有意识到这种紧拉的张力。”因格贝尔说。实际上，这意味着外部张力的变化——诸如基质硬度的差别，或者日常肌肉运动产生的压力和张力——能够传递到细胞，并最终抵达细胞核，后者直接决定了细胞的最终命运。

鉴于干细胞目前尚不能转化成特定类型的细胞，生物学家现在期望它们对环境能够有非常敏感的反应，而事实似乎的确如此。位于伊利诺伊大学香槟分校的生物工程学家，王宁（音译）发现，老鼠的胚胎干细胞远比其他特化细胞要软。如此柔软的硬度意味着很微小的外力就能使其变形并影响它们的发育（《自然材料》，第9卷，第82页）。

例如，如果将干细胞置于流动的液体，它们就变成了构成血管内壁的内皮细胞。事实上，流体的流动——尤其是模仿心脏跳动效果的脉冲——对在实验室培育人造动脉是至关重要的。耶鲁大学的组织工程师劳拉·尼克拉森周期性的压力有助于培育中的动脉形成纤维，并使其成倍增强。尼克拉森成立了一家名为Humacyte的生物技术公司，并已开始按这种方法培育动物动脉。

令人惊讶的是，脉动式的动作也有助于伤口愈合。在哈佛，因格贝尔及其同事丹尼斯·额吉尔在患者伤口植入小海绵并与泵连接，以xx那些难以愈合的创伤。泵使得伤口周围的细胞通过海绵的小孔进进出出，在此过程中细胞有15~20%的形变。因格贝尔说，这几乎是个xx的方案，能够刺激细胞生长和血管形成，从而促进伤口愈合。

同时组织工程师发现，他们可以通过模拟体内组织所受到的压力，极大促进骨骼和软骨的发育。例如，在实验室中培育的人造软骨，其任何部位的强度都不逊于真正的软骨。近日位于纽约市哥伦比亚大学的生物医学工程师，克拉克·洪培育出了与xx软骨强度相当的制品。他发现，秘密在于模仿行进时组织受到的压力，对培育中的软骨施加节奏性的挤压。

洪说，部分原因是压力有助于养分注入没有血管的软骨。但是，他的实验表明，仅仅是施压也将发挥重要作用。他的团队希望工程软骨最终能够用于xx关节炎。

即使相对柔和的压力也会带来很大改变。以前通过将干细胞置于特定性状的培养腔内，以培育出再造骨骼的尝试并不太成功，细胞往往会死亡，或者仅培育出很脆弱的骨骼。不过，哥伦比亚的生物医学工程师戈尔达娜·武尼亚克·科维奇发现，通过模拟正常的成长过程中的内部流体流动，能够{zd0}限度的提高骨骼强度。去年，她的团队采用这种方法，仅仅花了5周时间就成功的用人体干细胞培育出一种颞颌关节制品，形状与xx关节相同，并且功能xx正常。

“如果不刺激骨骼细胞，它们工作就不活跃，”武尼亚克·科维奇说，“而一旦这样做了，细胞就会苏醒，并高效的促进骨骼生长。”

但是要走的路还很长。人造骨骼缺乏形成xx骨骼的薄层软骨，并缺乏血液供应，因此一旦离开培养腔就会缺乏养分。

不过，答案可能就在于给细胞提供正确的身体信号。例如，武尼亚克·科维奇为了在实验室培育心肌，利用激光在组织上钻出了许多管腔。当流体流经这些管腔时，肌肉细胞会分散开，内皮细胞则布满管腔。“每一个细胞都各司其位。”她说。她的团队正在实验，以测试干细胞是否能变成管腔内的内皮细胞和各处的肌肉细胞。早期的研究结果表明了这种可能。

即使效力产生极小的变化，也会影响发育。来自宾夕法尼亚大学的克里斯托弗·陈（音译）培育了间质干细胞薄片，并将其置于有助于骨骼和骨髓发育的混合生长因子中。位于薄片边缘的细胞受到{zd0}的压力，它们转化成骨骼细胞；薄片中部的则转化为脂肪细胞，正如xx骨髓中的一样（《干细胞》，第26卷，第2921页）。

如果这种生理效力产生的分选机制普遍存在于发育过程中，对组织工程师可是个大好消息。他们不必过细处理人造器官的生成，只需提供恰当的信号，剩下的工作由细胞完成。

的确，在组织的发育过程中有很多决定“下放”给了细胞，这具有重大的意义。肌肉、骨骼和血管等组织生长必须与我们身体的发育相协调，并适应于不同的动作和伤势。严格的遗传学方案很容易导致失控，相反利用触觉信号作为引导则可以使组织快速适应各种条件变化——例如，搬运重物会使我们的骨骼变得更为强劲。

这种可塑性不仅贯穿生命个体的一生，也许对进化也产生了至关重要的作用。例如，长颈鹿的祖先获得了使脖子增长的突变，并非说它们针对脖子发育制定了新蓝图。而是神经、肌肉和皮肤成比例增加的结果，无需进一步修改。因格贝尔说这种可塑性为生命带来了发展程序，能够更好适应进化的演变。

然而这也有缺点。如果伤病改变了组织的硬度，情况就可能出现偏差。一些研究人员怀疑，组织硬化导致多发性硬化症，这种疾病令神经失去髓鞘的保护（《生物学杂志》，第8卷，第78页）；还可能引起一些癌症。

这也可以解释为什么许多组织受伤后未能xx愈合。为了防止感染，人体需要尽快修补伤口。因此通常使用比正常组织更容易聚合的胶原蛋白。迪斯凯尔说：“这是快速修补程序，修补创口以便功能得以继续——但不是xx的再造过程。”身上带着巨大xx的人会告诉你，这种速战速决的胶原蛋白硬度比正常组织的高。

例如，心脏病发作后，死亡的那部分心肌会结疤。迪斯凯尔想知道，为什么心肌细胞不取代xx组织呢？为了找到答案，他和他的同事在不同硬度的基质上培育胚胎心脏细胞。如果基质硬度与健康的心肌相同，细胞就会正常生长，搏动得很欢；但如果基质与xx组织的硬度相当，细胞则会逐渐停止搏动（《细胞科学杂志》，第121卷，第3794页）。

迪斯凯尔认为，不停软化那些硬化基质的工作耗尽了细胞的精力。“就像不停地推一堵砖墙。{zh1}，它们放弃了。”

迪斯凯尔相信解决之道可能在于找到一种软化xx组织的办法，使心脏细胞能够重新填充创伤。有几种酶——如基质金属蛋白酶和胶原酶——可能派上用场，但矫枉过正也会有风险。他警告说：“如果使基质分解过多，修补工作就无法进行了。”

硬化的xx组织也能够防止神经损伤再生，因为神经细胞喜欢柔软的环境。英国剑桥大学的生物物理学家约亨·古克推测道：“也许是因为轴突的生长末梢感觉前方有一面硬墙，就停止了生长。”

在我们xx理解细胞如何感知和响应各种效力之前，还有很长的路要走。不过愈发明显的，这条触觉之路可能就是人体再造的钥匙。