新研究破解"组织密码"——仅需五条法则即可塑造器官

克里斯蒂娜医疗中心（ChristianaCare）海伦·F·格雷厄姆癌症中心与研究所及特拉华大学的研究团队相信他们找到了答案。在科学期刊《细胞生物学》（Biology of the Cell）发表的一项新研究中，他们指出仅需五条基本规则即可解释人体如何维持诸如结肠等组织的复杂结构——即便其中细胞持续死亡并更新。

这项研究是数学家与癌症生物学家历时15余年合作的成果，旨在揭示支配组织结构与细胞行为的规律。

"这可能是生物学层面的蓝图，"克里斯蒂娜医疗考利转化癌症研究中心资深科学家、特拉华大学生物科学系与数学科学系教授布鲁斯·博曼（Bruce Boman）医学博士、哲学博士表示，"正如解释基因运作的遗传密码，我们或许也拥有阐明身体如何长期保持精密有序的'组织密码'"。

数学与医学的交汇

研究者运用数学模型——实质上是创建细胞行为的计算机模拟——验证少量规则能否解释结肠内膜的高度有序结构。这是理想研究对象：结肠细胞每数日更新一次，但整体形态结构却保持惊人的稳定性。

经大量模拟运算与模型优化，团队确定了支配细胞结构与行为的五项核心生物学规则：

1. 细胞分裂的时机
2. 细胞分裂的顺序
3. 细胞分裂与运动的方向
4. 细胞分裂的次数
5. 细胞死亡前的存活时长

"这些规则如同精心编排的舞蹈协同运作，"特拉华大学数学科学系教授吉尔伯托·施莱尼格（Gilberto Schleiniger）哲学博士解释道，"它们控制细胞去向、分裂时机及存留时间——这正是维持组织正常形态功能的关键。"

破解人体组织密码

研究者认为这些规则不仅适用于结肠，也可能适用于全身多种组织——皮肤、肝脏、大脑及其他器官。若该理论成立，这套"组织密码"将助力科学家深入理解：组织损伤后如何修复、先天缺陷如何形成、以及密码紊乱时癌症等疾病如何发生。

博曼阐释道："人体组织不会无序生长萎缩。它们明确自身应有形态，即使受损后也能恢复原状。这种精密调控需要指令体系，而我们的发现正是该指令的有力候选者。"

此项研究对人类细胞图谱计划（Human Cell Atlas）具有重要意义。该全球科学合作项目致力于绘制人体所有细胞类型图谱。在细胞图谱静态记录细胞类别与瞬时功能的同时，本研究提供了理解细胞长期有序组织的动态框架。通过识别支配细胞行为与组织结构的简易普适规则，研究成果可引导未来不仅描述细胞特性，更能预测其在健康与疾病状态下行为的研究方向。

对疾病与科学发现的意义

团队采用数学模型而非传统生物学实验的原因之一在于：实时观测组织中每个细胞的行为极其困难。而计算机模型能通过模拟运算揭示肉眼不可见的模式与动态规律。

生物学与数学的此类协作反映了科学家应对复杂问题的范式转变，亦与国家战略方向一致：美国国家科学基金会"生命法则"倡议要求研究者揭示支配生命系统的基本原理。本研究正是迈向该目标的重要一步。

团队后续工作包括：实验验证模型预测、利用新增数据优化模型、探索其在癌症生物学中的相关性——尤其关注组织密码紊乱如何导致肿瘤生长或转移。

"这只是起点，"施莱尼格表示，"一旦识别规则，就能提出全新问题，甚至可能找到修复错误的方法。"

本项目由美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、丽莎·迪安·莫斯利基金会、特拉华生物科学先进技术中心（CAT）及UNIDEL研究生研究奖学金提供资助。