研究获 Nature Physics 同期 News & Views 专题评述

2026年10月26日，南京大学生物医学工程学院陈伟强教授与香港城市大学林晓维（Raymond H. W. Lam）等研究人员合作，在 Nature Physics 发表研究论文，揭示了曲率感知调控细胞三维形态的力学机制。陈伟强教授为论文共同通讯作者，南京大学生物医学工程学院为共同通讯作者单位之一。

Nature Physics 同期刊发 Elsa Bazellières 和 Delphine Delacour 撰写的 News & Views 文章，对该研究进行专题评述，关注几何环境与细胞力学如何共同调控组织结构。

细胞如何感知“弯曲”的环境？

在组织和器官中，细胞所处的环境往往具有曲率。细胞如何在弯曲表面维持黏附，又为何会局部离开基底，是理解三维细胞形态的重要问题。研究团队以微孔、微沟槽等微曲面为平台，观察血管平滑肌细胞与血管内皮细胞的不同形态。

团队采用曲面内反射显微成像（CIRM），借助微透镜和反射光干涉信号观察细胞与基底的接触区域，捕捉由完整黏附向内部部分脱离的动态变化。局部“抬起”的细胞仍保留部分黏附，并非整体脱落。

图1 | 微曲面上的细胞形态与界面观测。a、b，受力示意及不同细胞形态；c，CIRM装置与动态成像；d—f，曲率、细胞参数及界面应力比的关联。图源：原论文 Fig. 1。

“拉”与“黏”的平衡，决定细胞形态

研究将细胞的三维形态归纳为两种主要状态：完整黏附（Adh）和内部部分脱离（PID）。为解释二者之间的差异，团队引入细胞—基底界面应力比 Θ，将细胞收缩相关的脱离作用与细胞—基底的黏附作用联系起来。

这一思路为理解细胞形态提供了直观视角：细胞既通过内部骨架产生收缩，也通过黏着斑与基底连接。曲率改变会影响肌动蛋白的排列及相关力学状态，进而改变界面两侧作用的相对强弱。因此，表面几何与细胞自身的力学特性需要共同考虑。

团队进一步在不同细胞类型及药物扰动条件下比较细胞骨架、黏着斑和界面应力比，检验这一分析框架。结果表明，曲率与细胞特征可共同影响 Θ，从而解释同一几何环境中出现的不同黏附形态。

当 Θ 远大于1时，细胞可从完整黏附快速转向内部部分脱离。图中量化的代表性细胞在30秒内完成转变；结合能量分析，研究表明这一过程在所研究条件下朝较低能量状态演化，具有不可逆性。

图2 | 从完整黏附到内部部分脱离的动态与能量分析。a，代表性细胞的快速形态转变；b，黏着斑分布比较；c、d，能量变化与脱离状态稳定性分析。图源：原论文 Fig. 4。

从单个细胞走向细胞层

组织中的细胞通常彼此连接。单细胞层面的力学解释能否延伸到多细胞体系，是该研究进一步回答的问题。团队在微曲面上构建血管相关细胞层，通过三维荧光成像及截面观察，分析细胞层与基底之间的接触和局部脱离。

研究将脱离角度的模型预测与实验测量进行比较，并结合不同组织环境中的典型曲率和细胞参数估算界面应力比。这使曲率感知的分析从单个细胞拓展至细胞层，为研究几何环境与组织结构之间的联系提供了物理框架。

图3 | 细胞层的局部脱离及模型分析。a，血管内皮细胞层与平滑肌细胞层的三维荧光图和截面；b，单细胞及细胞层脱离角度的预测与测量；c，不同细胞层的界面应力比估算。图源：原论文 Fig. 5。

从“看见形态”到“解释形态”

这项工作把微曲面构建、界面成像与物理建模结合起来，将细胞形态变化与可分析的力学关系联系起来。对生物医学工程研究而言，几何形状、细胞收缩与界面黏附之间的协同作用，有望为组织工程和生物材料界面的设计提供新的思路。

合作研究与学术关注

根据论文作者贡献声明，陈伟强教授参与研究构思与实验设计，与林晓维共同指导研究，并参与论文写作。Yi Liu 和 Baoce Sun 为共同第一作者；陈伟强、林晓维为共同通讯作者。研究凝聚了生物医学工程、细胞力学、显微成像与物理建模等方向的合作。

同期 News & Views 以“曲率与细胞力学调控组织结构”为主题，介绍曲面内反射显微成像如何揭示细胞收缩与黏附之间的平衡，并关注该研究对预测细胞黏附状态转变的意义。

从细胞与基底的局部接触出发，这项合作研究将几何环境、力学状态和三维形态纳入同一分析框架，为理解组织构建中的细胞行为提供了新的研究视角，也体现了生物医学工程与物理学交叉研究的价值。

论文信息

Three-dimensional cell morphology is mediated by curvature sensing and interfacial stress

中文参考译名：曲率感知与界面应力共同调控细胞三维形态

Liu, Y., Sun, B., Hu, S. et al. Nature Physics (2026).

共同第一作者：Yi Liu、Baoce Sun
共同通讯作者：Weiqiang Chen、Raymond H. W. Lam
在线发表：2026年10月26日

DOI：https://doi.org/10.1038/s41567-026-03482-2

论文原文：https://www.nature.com/articles/s41567-026-03482-2

同期专题评述

Curvature and cell mechanics control tissue organization

Bazellières, E. & Delacour, D. Nature Physics, News & Views (2026).

评述链接：https://www.nature.com/articles/s41567-026-03496-w