PSI和苏黎世联邦理工学院的研究人员已经将结缔组织细胞进行了机械重组，使其类似于干细胞，并将其移植到受损的皮肤中。在他们的实验室实验中，他们能够证明这可以促进伤口愈合。

成熟的体细胞可以通过一种非常简单的机械刺激，重新变成年轻的、类似干细胞的细胞。在这种方法的帮助下，研究人员现在已经对成纤维细胞进行了部分重编程，并在实验室实验中成功地将它们移植到一个年老的、受损的皮肤组织模型中。他们能够证明皮肤组织模型实际上可以恢复活力，伤口愈合得更好。

由PSI纳米生物学实验室负责人、苏黎世联邦理工学院机械基因组学教授G.V. Shivashankar领导的研究人员现在在《衰老细胞》杂志上发表了他们的发现。

成纤维细胞是尚未完全分化的细胞，这意味着它们可以发育成各种不同类型的结缔组织。它们在皮肤再生和伤口愈合中起着重要作用。Shivashankar和他的团队成功地将这些成纤维细胞变成了部分类似干细胞的细胞。

真正的、所谓的多能干细胞几乎可以发育成任何类型的细胞，而与之不同的是，干细胞样成纤维细胞仅限于结缔组织。然而，它们处于更基本的状态，并且比实际的成纤维细胞有更多不同的发育方式。这项技术的特别之处在于，研究人员没有使用基因工程或化学物质，而是通过机械刺激完全重新编程了细胞。

为了做到这一点，他们首先将成纤维细胞嵌入由纤维连接蛋白(一种细胞可以附着在其上的蛋白质)制成的基质中。基质的狭窄网状结构意味着在细胞分裂过程中，每个外壳只能容纳大约4个成纤维细胞。如果成纤维细胞继续分裂，它们被迫在第三维度上扩散，即向上。

“令人惊奇的是，”G.V. Shivashankar说，“储存的关于它们形状和功能的信息似乎在这个转变过程中丢失了。从某种意义上说，他们忘记了自己最初的目的。”因此，成纤维细胞只要在空间受限的条件下生长，就能变成干细胞样细胞。

Shivashankar继续说:“选择基质密度很重要，这样原始细胞就不会被挤在一起，因为在这种情况下，细胞会死亡。”“细胞只有在分裂时才会遇到屏障;然后它就会改变。”测试表明，它能非常有效地做到这一点。研究人员相对容易地获得了大量的干细胞样成纤维细胞。Shivashankar和他的同事在2018年和2020年发表了这些中期成果。

目前的研究是建立在他们以前的成功基础上的。在他们的实验中，研究人员从真正的皮肤中提取衰老细胞，利用他们的技术对它们进行重新编程，使其成为类似干细胞的成纤维细胞，然后在实验室中将它们插入一个年老的、受伤的皮肤组织模型中。

为了形成新的皮肤，这些细胞又开始产生更多的蛋白质。与未经修饰的细胞移植相比，再生和伤口愈合要快得多，”Shivashankar报告说。这是因为重新编程还消除了衰老过程中老细胞积累的功能错误。就像重新格式化硬盘会使运行新安装的程序时速度更快一样。

该研究小组的研究动机是，目前治疗大面积皮肤损伤的方法是有限的。例如，所谓的基于细胞的疗法用于烧伤:从病人身体的其他部位取出健康组织，移植到受伤部位。或者，也可以移植另一个人的细胞组织。然而，这两种方法都有其局限性。捐赠者的组织移植会引发排斥反应。对于老年人来说，通常很难获得足够的患者自身皮肤。

部分重编程的干细胞样成纤维细胞提供了一个解决方案。可以说，它们的特点是没有分化，处于年轻状态。取决于环境在它们找到自己的地方，它们成熟成为不同类型的细胞，包括皮肤细胞。

细胞重编程的想法可以追溯到2006年。当时，日本研究人员山中伸弥(Shinya Yamanaka)发现了一种通过基因操纵成熟细胞将其变回干细胞的方法。这一发现引起了轰动，因为在那之前人们认为这是不可能的。到目前为止，干细胞已经从捐赠者的骨髓或血液中提取出来，用于治疗血癌。

然而，山中发现了四种触发细胞重编程的基因:所谓的“山中因子”。当这些细胞被植入细胞中时，它就变成了后来被称为iPS细胞(诱导多能干细胞)的细胞。2012年，山中伸弥因这一发现获得了诺贝尔医学奖。

从那时起，世界各地的许多团队一直在研究如何将iPS细胞用于细胞治疗，以及除了基因工程之外，是否还有其他方法可以逆转它们的发展。基因操作在伦理上仍有争议。研究还表明，诱导多能干细胞有像肿瘤一样增殖的倾向。

一些研究小组正在努力防止这种副作用。其他人正在研究生物化学方法，而不是基因工程;在这里，干细胞的转化是通过引入特殊分子来触发的。而Shivashankar在PSI的团队在机械重编程方面处于世界领先地位。

PSI小组目前正在调查的问题之一是由于禁闭导致重编程的确切机制。多年来，Shivashankar和他的团队一直在研究细胞几何形状与基因表达的关系。

根据DNA在细胞核内的排列方式和可能的收缩方式，可能无法读取某些基因，从而导致某些疾病。在这些研究过程中，该小组已经训练了一个使用人工智能的计算机程序来识别细胞核图像中的相应特征，从而提高疾病的早期诊断。

为了完善他们目前在伤口愈合方面的研究成果，该团队现在正计划在尚未在实验室培养的真实人体皮肤上进行实验。Shivashankar相信他们能够复制之前的成功。

此外，这些发现不仅有利于医学应用。“美容应用也是可以想象的，”Shivashankar说，“因为，原则上，我们可以用旧的组织制造新的组织。”除了皮肤组织，再生肌肉或脑细胞也是可以想象的。“无论如何，这种方法有可能让我们更健康地老去。”

更重要的是，这项技术非常简单，原则上，任何医科学生都可以应用它。这与个性化医疗的大趋势是一致的，在这种趋势中，药物是为个体患者量身定制的。在这种情况下，细胞实际上是病人自己的，根本没有外来物质被引入。

第一篇论文发表后，几家制药公司已经表达了对改进这一过程的兴趣。尽管临床应用还需要几年的时间，Shivashankar说:“我们对这项研究将引领我们走向何方感到非常兴奋。”