人体约 60% 由水构成，其中超过一半的水分在构成器官与组织的细胞内流动。其余大部分水分则像海水渗透沙粒般，在细胞间的微小空隙中穿梭。

近日，麻省理工学院团队发现，当组织受到挤压或物理形变时，这些细胞间液体起着关键作用。在发表于《自然·物理学》的最新研究中，科学家们揭示：当细胞间液体流动顺畅时，受压组织更具柔韧性且能更快恢复；而当细胞排列紧密导致液体流动空间受限时，组织会变得更为僵硬并抵抗形变。这项发现将帮助科学家理解细胞、组织和器官如何适应衰老、癌症、糖尿病及某些神经肌肉疾病等状态下的物理变化。

这一发现颠覆了传统认知——过去学界普遍认为组织的顺应性主要取决于细胞内部特性（如细胞器或细胞骨架）而非细胞外环境。研究证实细胞间液体的流动决定了组织如何适应物理压力，该结论可广泛应用于多种生理机制研究，包括肌肉如何承受运动损伤并恢复、组织物理适应性如何影响衰老进程及癌症等疾病发展。

研究团队认为该成果将指导人造组织器官的设计。例如在人工组织构建中，科学家可通过优化细胞间液体流动来增强组织功能或韧性。研究人员推测，这种流动还可能成为输送营养或治疗药物的新途径，既能促进组织修复，也能靶向清除肿瘤。

“人们早就知道组织细胞间存在大量液体，但其重要性长期被忽视，尤其是在组织形变中的作用，”麻省理工学院机械工程系副教授 Ming Guo（郭明） 指出，“我们证实了这种流动的可观测性。当组织变形时，细胞间流动才是主导因素。因此在疾病研究和组织工程中，我们必须重视这一机制。”

郭明于 2004 年和 2007 年在清华大学工程力学系先后获学士学位和硕士学位，2014 年在哈佛大学获得应用物理学博士学位后在哈佛大学从事博士后研究工作。2015 年 8 月加入麻省理工学院，现为机械工程系助理教授，研究方向主要是细胞生物物理和生物力学。

人体组织与器官时刻承受着物理形变，比如运动时大幅度拉伸肌肉，心脏持续不断地跳动收缩。在某些情况下，组织适应形变的难易程度直接关系到康复速度，例如过敏反应、运动损伤或脑卒中的恢复进程。然而，组织形变反应的具体机制至今仍不明确。

这项研究的灵感源自团队 2020 年针对肿瘤力学的突破性发现。当时研究人员观察到，挤压肿瘤会通过细胞间隙增强内部流体向外周的输送，这种流动可能携带信号分子，成为肿瘤侵袭性扩散的帮凶。基于此，科学家们开始探索非癌变组织中是否也存在类似的流体动力学机制。

他们研究了多种生物组织中的细胞间流动现象，包括培养的 3D 细胞球体和来源于小鼠胰腺组织的细胞。他们首先培养了直径小于 0.25 毫米、包含数万个细胞的微型组织团簇，并将其置于专门为本研究设计的测试平台中。

但这些微组织样本的尺寸特殊，大到无法用原子力显微镜观测，又小到不适合常规设备。因此，研究人员自主研发了装置。

他们改造了可检测微克级重量变化的高精度微量天平，将其与纳米级精度的步进电机联用。实验过程中，组织团簇在压力下从球体逐渐摊平成饼状，天平实时记录其重量变化，同时高速摄像机全程捕捉形变过程。

针对不同组织类型，团队制备了尺寸各异的团簇。他们推断：若组织反应由细胞间流动主导，则体积越大，液体渗透所需时间越长，组织松弛耗时也相应增加；若由组织结构决定，则松弛时间应与尺寸无关。

在多种组织类型的重复实验中，团队均观察到相同规律：团簇越大，松弛耗时越长，证实细胞间流动是组织形变反应的主导因素。较大组织团因液体排出路径更长而表现出更迟缓的松弛响应，这一规律在不同组织类型中普遍存在，揭示了生物组织力学的基本原理。

研究团队计划将这一发现拓展至大脑研究领域，在这个液体动力学深刻影响功能与病理的复杂器官中，促进间质液体流动可能帮助清除阿尔茨海默病等神经退行性疾病相关的代谢废物。调控这些微流体环境或将成为维护和修复大脑健康的新途径。

郭明团队进一步提出了“治疗性机械刺激”的创新理念：“我们的研究表明，对组织施加靶向压力可驱动液体流动。未来或能开发非侵入性技术来‘按摩’组织，增强细胞微环境中的营养输送与废物清除。”这类突破性技术有望革新康复治疗、运动医学及慢性病管理方案。

这项研究不仅推进了基础生物力学认知，更展现了机械工程、细胞生物学与材料科学的跨学科融合。在麻省理工学院机械工程系的支持下，该研究证实了精密测量工具与概念框架对解析复杂生物现象的重要性。随着研究的深入，将细胞间流体动力学应用于临床实践与生物工程的前景，或将催生变革性的医疗创新。

总结而言，这项开创性研究揭示了细胞间液体流动对组织多孔弹性的关键影响，重塑了组织力学的科学认知。通过严谨实验与深刻分析的结合，麻省理工学院的研究团队首次阐明了机械应力下组织行为的隐藏决定因素。其影响将辐射至生物医学研究、临床策略及人工组织开发领域，标志着人类理解细胞间液体如何塑造生命基本过程的新纪元。

原文链接：

1.https://news.mit.edu/2025/mit-engineers-uncover-surprising-reason-why-tissues-are-flexible-rigid-0620