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細胞和生物組織在胚胎發育和器官形成等過程中都會經歷顯著的不可逆變形。由香港大學（港大）機械工程系林原教授領導的研究團隊在一項突破性研究中揭示了塑性應變是如何在單一細胞中產生，然後在組織內傳播。

研究成果已於國際權威學術期刊 《美國國家科學院院刊》 （PNAS）發表，題為 「A Mechanism-Based Theory of Cellular and Tissue Plasticity」。

林原教授指出︰「通過揭示不同尺度下細胞和組織塑性變形的生物物理機制，這項研究在推進我們對器官形成和胚胎發育等過程的理解方面邁出了一大步。所發展的理論架構還可為未來再生醫學的發展和新策略的制訂提供關鍵線索。」

組織、器官和有機體透過稱為形態發生的生物過程來實現其複雜的三維幾何形狀。大量的細胞在這一過程中會以高度協調和程序化的方式來運動和變形。近期的研究表明這種變形通常是永久和不可逆的。但是，細胞和組織的塑性變形是如何形成的，以及背後的生物物理機制迄今為止對科學家來說仍然是一個謎。

林原教授與其學生孫富強、方超博士、邵雪盈博士以及新加坡南洋理工大學的研究人員提出了一個多尺度力學模型，首次闡明了在光或機械刺激作用下，肌球蛋白的主動收縮和細胞膜的熱波動可以引起內吞囊泡在胞間連接上的形成並導致其長度不可逆的減小（圖1）。

這種塑性收縮將拉伸鄰近的細胞，並透過機械化學回饋觸發它們的主動收縮以及不可逆變形，最終導致塑性變形波在組織內的傳播（圖2）。

此理論表明最有可能形成的內吞囊泡的尺寸約為 1-2 µm，細胞連接更大的不可逆收縮可通過將一個長刺激分成多個短刺激來實現。此外，該模型還預測塑性收縮波將以恆定速度在細胞單層內傳播，這些預測都與實驗觀察結果定量一致。

由林原教授領導的研究團隊在對細胞機械塑性及​​其在不同生命過程中作用的研究一直處於世界的前沿。例如，他們首先揭示了細胞的各向異性和塑性變形是如何促進發育中胚胎的正常伸長。此外，他們也證明了腫瘤細胞進行不可逆變形的能力與其轉移潛能直接相關。這些早期研究已發表在如《科學進展》（Science Advances）和《物理評論快報》（PRL）等重要國際學術期刊上。

論文連結：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305375120  

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