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干细胞是修复或替换受损或患病组织的有效工具，但前提是它们可以从其灵活的“多能”状态可靠地发育成成熟的“分化”状态。A * STAR的研究人员已经学会了如何通过改变它们培养的物理环境来控制干细胞的状态。
化学信号和机械力有助于确定哪些细胞分化，哪些细胞保持多能性。研究人员已经获得了对化学“线索”的一些见解，但仍然在努力了解如何操纵干细胞集落的结构以控制它们的行为。“由于缺乏指导细胞反应控制的工程原理，已经进行了大量的试验和错误，”A * STAR生物工程和纳米技术研究所的Hanry Yu说。他的团队专注于E-cadherin和整合素，这两种细胞粘附蛋白被认为参与调节干细胞的发育。有趣的是，两种蛋白质都通过共同的信号因子Rho-ROCK-myosin II起作用，引发了关于它们如何诱导不同细胞命运的问题。
最初的实验表明，在菌落边界处培养的干细胞更容易发生分化，支持先前提出的模型，其中边缘处的应激诱导的整联蛋白信号主动促进分化(参见图像)。然而，进一步研究在涂有这两种蛋白质模式的表面上培养的细胞表明，E-钙粘蛋白实际上是主要信号，具有超越整合素和强制干细胞保持多能性的能力。“在集落中心，E-钙粘蛋白介导的强细胞 - 细胞相互作用抑制干细胞分化“Yu说。”在边缘附近，相对较少的细胞和较高的压力导致E-钙粘蛋白介导的相互作用的减少，从而释放阻断分化。“这个过程似乎部分是由Rho的优先定位介导的。 -ROCK-肌球蛋白II在E-钙粘蛋白相互作用的位点，阻止其与整联蛋白相互作用。
这些发现可以帮助临床研究人员有效控制干细胞培养的人口规模行为，使其保持完全多能或分化状态。“使用不纯的细胞来源进行伤口修复或再生医学应用是困难和昂贵的，”Yu说。在未来，他计划扩展此处应用的“微图案化”方法，以实现更精确的干细胞行为调节。“我们计划用可溶性或图案化抑制剂劫持信号传导过程，以触发人胚胎干细胞的受控分化，”Yu说。
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