細胞融合是一個重要的細胞過程,在這一過程中,幾個單核細胞合併形成一個多核細胞,稱為合胞體。細胞融合在肌肉母細胞、骨細胞和滋養層細胞的分化過程中,以及在胚胎發育和形態發生過程中發揮著重要的作用。這一過程是細胞成熟所必需的,以便在其生長過程中保持特定的功能。
在1839年,Theodor Schwann在他的《顯微鏡研究》中擴展了所有生物體由細胞組成的理論,觀察到在某些細胞中,細胞壁和腔體會融合。這一觀察提供了細胞融合的初步線索。
1960年,細胞生物學家首次有意識地進行細胞融合,使用Sendai病毒促進小鼠細胞的外膜融合。融合後的混合細胞,稱為同核細胞,含有來自兩個融合夥伴的染色體。隨著時間的推移,生物學家成功地融合來自不同物種的細胞,並在1970年代掀起了細胞融合的研究熱潮,儘管當時這被認為對正常細胞完整性是一種強迫性的例外。
細胞融合主要分為同型細胞融合和異型細胞融合。前者指的是同類細胞之間的融合,例如骨細胞或肌纖維的融合。兩個細胞核合併形成的同核細胞,而若兩者的細胞核不融合,則形成二核異核細胞。異型細胞融合則發生在不同類型的細胞之間,例如骨髓來源細胞與實質器官的融合,也能形成同核細胞或二核異核細胞。
細胞融合的方法主要有四種:電場細胞融合、聚乙烯醇細胞融合、Sendai病毒誘導細胞融合以及光控制熱等離子體技術。電場細胞融合利用高頻交變電流將細胞帶入接觸,再施加脈衝電壓使細胞膜通透,促使細胞融合。聚乙烯醇細胞融合雖然操作簡單,卻具有較高的毒性,可能導致多細胞不可控融合。而Sendai病毒誘導細胞融合則分為四個階段,主要根據病毒的活性和細胞內環境的變化進行。
光控制熱等離子體技術基於近紅外激光和等離子體納米粒子,可靈活選擇要融合的細胞,並可在任意緩衝條件下進行。
隨著伴隨著器官捐贈和移植需求的增長,細胞融合的潛在醫療用途逐漸受到重視。生物學家們正在探索細胞融合可能帶來的修復效益,尤其是在組織損傷或細胞移植後的情況下。然而,依然存在許多挑戰,包括選擇合適的細胞以及確保融合產物功能正常的必要性。
在植物中,細胞融合相對於真核細胞發生的頻率較低,但在某些情況下仍然會發生。植物細胞的細胞壁有著獨特的結構,事先會被改變以促進融合過程。
細胞融合也是研究人類癌症進展的一個重要領域。當不同類型的分化細胞融合時,可能形成多倍體細胞,這些細胞可能因為核內的不同基因組合而產生不穩定性,導致癌症的發展。研究發現,骨髓衍生細胞與惡性腫瘤細胞的融合可能會產生具有更強遷移能力的癌細胞。
在真菌、變形蟲以及細菌等微生物中,細胞融合同樣存在,它們在性循環或其他過程中表現出融合的現象。這顯示了細胞融合在不同生命形態中的普遍性和重要性。
細胞融合的研究應用廣泛,包括基因表達的研究、單抗的生成以及幹細胞的產生等。科學家利用細胞融合技術進行突變或細胞變異的測試,進而了解細胞分裂和基因表達的控制機制。
細胞核融合帶來的益處與挑戰並存,面對生物醫學領域的革命性突破,我們是否能在細胞融合的探索中發現人體治療的新希望?