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三维生物力可以定量测量了!

已有 2283 次阅读 2018-5-15 12:21 |系统分类:科研笔记

三维生物力可以定量测量了!近年来研究人员发现力学信号对细胞的生长、发育、分化都起到重要的作用,但如何定量测量生物力并研究其对细胞、组织、乃至器官的影响,是一直困扰着科学界的巨大难题。多年前科学家们研发了可以在体外测量二维生物力的方法。但如何在体内测量三维生物力一直无人解决。514日,Nature Communications发表了我校生命学院汪宁教授团队研发的颠覆性技术——测量三维生物力的新方法,在《自然·通讯》这篇题为《用弹性微球定量测量细胞和组织的压缩力》(Quantifying compressive forces between living cell layers and within tissues using elastic round microgels)的论文中(论文全文见:https://www.nature.com/articles/s41467-018-04245-1.pdf)。


汪宁教授制作了尺寸均匀的弹性微球来定量测量三维生物力。他们用自己设计的微流控芯片和弹性藻酸盐聚合物制作了和细胞尺寸相近的均匀微型弹性球。每个弹性微球的直径、力学性质、化学性质、与细胞粘附性质都完全一样。他们在弹性微球中加入了许多荧光纳米颗粒来定量弹性球的变形,由此计算出生物力。


实验表明这些与生物体相容并无任何毒副作用的弹性微球和活细胞粘附后,细胞对其产生了三维正应力和剪切力。经过理论计算、模拟实验和细胞实验,研究人员发现通过定量测量弹性微球的三维形变和已知弹性球的弹性模量,就可定量测量三维生物力。在动物体内实验中,研究人员发现斑马鱼早期胚胎发育时,不同部位的细胞在、不同的时间产生了不同的三维生物力。这些发现为今后研究生物力是如何影响动物体内胚胎发育的结构和功能打下了坚实的基础。


汪宁教授团队运用弹性微球这一新技术发现恶性肿瘤再生细胞(肿瘤干细胞)在三维软基质中增生时,即当这些癌细胞克隆逐渐变大时,克隆内的压缩应力并没有增加,这个现象和正常间充质干细胞克隆的增生反应完全不同。这个发现表明恶性肿瘤再生细胞和正常的干细胞所产生的三维生物力是完全不同的。





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