近日，UIUC大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種微型機(jī)械探針，可以測(cè)量細(xì)胞和組織的固有剛度以及細(xì)胞產(chǎn)生和施加在彼此上的內(nèi)力。研究人員報(bào)告說(shuō)，他們的新型“磁性微型機(jī)器人”是第一個(gè)能夠量化這兩種特性的探針，將有助于了解與發(fā)育和疾病相關(guān)的細(xì)胞過(guò)程。接下來(lái)跟隨托普仕老師一起來(lái)看看吧！
他們?cè)凇犊茖W(xué)機(jī)器人》雜志上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。“活細(xì)胞通過(guò)蛋白質(zhì)相互作用產(chǎn)生力，很難測(cè)量這些力，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的UIUC機(jī)械科學(xué)與工程教授王寧說(shuō)。
為了測(cè)量細(xì)胞硬度，研究人員需要一個(gè)相對(duì)剛性的探針，可以壓縮，拉伸或扭曲組織，并量化它們的抵抗力。但是要測(cè)量細(xì)胞自身內(nèi)部產(chǎn)生的收縮或擴(kuò)張，探針必須相對(duì)柔軟和柔軟。
像其他科學(xué)家一樣，王寧和他的同事們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了探測(cè)器來(lái)單獨(dú)測(cè)量這些品質(zhì)中的每一個(gè)。但他表示，他想開(kāi)發(fā)一種更通用的探針，可以同時(shí)解決這兩個(gè)問(wèn)題。這樣的探針可以更好地了解這些特性如何影響動(dòng)脈硬化或癌癥等疾病，或者胚胎如何發(fā)育。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，王寧和研究生Erfan Mohagheghian尋找在將探針注射到感興趣的組織后改變探針機(jī)械特性的方法。他們使用了由聚乙二醇制成的水凝膠，這種材料已被批準(zhǔn)用于人類受試者。如果想要了解更多，可以添加V信Tops6868，托普仕專業(yè)的老師會(huì)為您解疑答惑。
對(duì)于這項(xiàng)新研究，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種精確的方法，將磁性“微交叉”嵌入剛性PEG水凝膠中。該研究的共同作者，科羅拉多大學(xué)博爾德分?；瘜W(xué)和生物工程教授Kristi Anseth已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種使用紫外線降解和軟化水凝膠的方法。
在一系列實(shí)驗(yàn)中，研究人員將他們的探針注射到3D實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的腫瘤塊和斑馬魚胚胎中。通過(guò)使這些組織受到電磁場(chǎng)的影響，科學(xué)家們激活了探針，以對(duì)組織施加各種應(yīng)力并測(cè)量組織硬度。將腫瘤腫塊或胚胎暴露在紫外線下，然后軟化探針的PEG基質(zhì)，使探針能夠測(cè)量組織內(nèi)細(xì)胞產(chǎn)生的力。
這些探針提供了有關(guān)組織硬度和牽引力的精確信息，首次揭示了雖然惡性腫瘤可能會(huì)響應(yīng)周圍組織而變得更硬，但癌細(xì)胞不會(huì)改變它們的牽引力，無(wú)論它們是否接近柔軟或僵硬的材料。王寧說(shuō)，這挑戰(zhàn)了一種普遍的看法，即底層組織的物理特征驅(qū)動(dòng)癌細(xì)胞內(nèi)力的變化，使它們能夠轉(zhuǎn)移。
王寧說(shuō)，這些探針還捕獲了胚胎發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞的推拉，這可以為動(dòng)物從單細(xì)胞發(fā)育到復(fù)雜組織時(shí)這種振蕩如何與器官，組織和四肢的模式相對(duì)應(yīng)提供新的見(jiàn)解。胚胎工作由中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)武漢華中科技大學(xué)的研究人員進(jìn)行?！拔覀兿嘈旁谂咛ブ袡z測(cè)到的大力振蕩對(duì)于推動(dòng)發(fā)育的早期階段非常重要，”王說(shuō)。
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