本研究由Yasuyuki Hanada, Semanti Halder, Yuichiro Arima, Misato Haruta, Honami Ogoh, Shuntaro Ogura, Yukihiko Shiraki, Sota Nakano, Yuka Ozeki, Shigetomo Fukuhara, Akiyoshi Uemura, Toyoaki Murohara和Koichi Nishiyama共同完成，论文题为"Biomechanical control of vascular morphogenesis by the surrounding stiffness"，于2025年7月在《Nature Communications》正式发表。

技术原理
传统血管生成研究主要依赖生化因子分析（如VEGF信号通路），但难以解释机械环境的影响。本研究采用的微流体芯片技术突破了这一局限，通过三维重构血管生成过程，结合先进光学成像，实现了力学参数的可控调节与实时观测。其独特机制在于将力学信号（如基质刚度、流体压力）与细胞行为（迁移、极性建立）直接关联，建立了从分子到组织的多尺度分析平台。

关键技术的原理包括：微流体芯片技术通过模拟体内三维环境，使内皮细胞在 fibrin-collagen 凝胶中形成血管样结构，并允许外部干预如压力加载和刚度调节；时间推移差分干涉对比（DIC）成像以5-15分钟间隔连续记录，捕捉细胞迁移与管腔形成的动态过程，通过核追踪和管腔面积量化揭示动力学关系；共聚焦显微镜z轴扫描结合三维重建，实现了血管基底膜成分的精确可视化，例如通过无去垢剂全样本染色定量分析IV型胶原沉积；粒子追踪微流变学（PTM）技术通过植入荧光微球并追踪其热波动来量化局部基质刚度，creep compliance值越低表明刚度越高，该方法实现了血管周围微环境的原位力学表征。

重要发现
本研究的核心贡献是揭示了周围刚度通过力学平衡整合血管分支伸长和管腔发育。实验过程中，采用微流体芯片系统重构血管生成，通过时间推移DIC成像每5-15分钟记录动态，显示管腔 emergence 和扩张抑制了尖端内皮细胞的定向迁移。

共聚焦显微镜z轴扫描进一步量化血管基底膜组成，发现周细胞增强IV型胶原沉积，增加周围刚度。

PTM技术通过荧光珠子热波动测量刚度，证实周细胞或转谷氨酰胺酶处理能显著提升 creep compliance，限制管腔扩张。结论表明，周细胞通过促进EC源性Col-IV沉积增加刚度，从而维持F-BAR蛋白和Arp2/3复合物在细胞前缘的定位，优化定向迁移和分支伸长。

挑战与展望
当前临床转化面临的主要障碍包括技术复杂性高、活体应用难度大以及成本昂贵；例如，微流体芯片和高端显微镜的集成需要专门技能，限制了大范围推广，而活体环境中力学参数的实时监测仍缺乏非侵入性方法。未来研究方向应聚焦于开发简化型光学设备、探索力学传感的分子机制（如机械敏感蛋白通路），以及推动多学科合作实现从实验室到临床的过渡，最终为肿瘤血管正常化和组织再生疗法提供可行策略。

DOI:10.1038/s41467-025-61804-z.