巨噬細胞是是一種廣泛分布于全身的免疫細胞，在先天性免疫和獲得性免疫反應中都起著重要作用。其中，吞噬作用是指巨噬細胞識別并吞噬病原體或其他異物（包括腫瘤細胞以及自身衰老和異常的紅細胞等）的過程，涉及細胞形態改變、骨架重構、表面粘附、細胞突出和信號轉導等復雜的協同行為。這一過程引起了生物物理和生物力學領域的廣泛關注。長期以來，研究人員致力于發展理論模型來解析在此過程中巨噬細胞如何有效變形并完成吞噬，但現有模型往往無法考慮細胞骨架重構和細胞膜-細胞骨架相互作用，導致模型分析與實驗數據出現較大差異。為此，從巨噬細胞結構出發構建包含細胞膜和細胞骨架信息的細胞力學模型，可為從分子到細胞等不同層面探究吞噬過程中細胞膜和細胞骨架的動力學行為提供新途徑。
近日，浙江大學李學進研究員課題組在Cell Press旗下期刊Biophysical Journal上發表題為“Two-component macrophage model for active phagocytosis with pseudopod formation”的封面論文。該研究構建了一種新型的雙組分巨噬細胞力學模型，通過設計細胞骨架生長、回縮、斷裂和重構等功能以及膜面積補充算法，成功再現了巨噬細胞吞噬病原體或其他異物過程中吞噬行為的模擬（圖1），揭示了細胞骨架變化和偽足形成在調控吞噬行為中的關鍵作用。
圖1 巨噬細胞通過伸出偽足主動吞噬目標物的過程。
文章發表后，美國生物物理學會在官方博客以“Macrophages detect and engulf targets with pseudopods”為題進行了推介；同時，Biophysical Journal期刊在當期的News and Notable欄目中以“Particle-based simulations shed light on cytoskeleton-membrane dynamics in phagocytosis”為題進行了亮點報道，認為該方法能夠把細胞膜的微觀結構變化（微觀尺度）與細胞偽足形成引起的吞噬行為（介觀尺度）聯系起來，為理解吞噬過程中巨噬細胞膜和細胞骨架動力學交互行為提供了一個模型框架。同時，該研究證實了細胞突出是形成偽足結構的主要驅動力，為探究吞噬過程驅動作用的不確定性提供了新觀點。這些發現對于在不同情形下控制巨噬細胞吞噬率有重要指導意義，從誘導巨噬細胞吞噬癌細胞以抑制腫瘤細胞生長，到規避巨噬細胞吞噬遞藥微粒以增強靶向遞藥效率等方面。