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近日，UIUC大學的科學家們開發(fā)了一種微型機械探針，可以測量細胞和組織的固有剛度以及細胞產(chǎn)生和施加在彼此上的內(nèi)力。研究人員報告說，他們的新型“磁性微型機器人”是第一個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)的細胞過程。接下來跟隨托普仕老師一起來看看吧！
他們在《科學機器人》雜志上詳細介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。“活細胞通過蛋白質(zhì)相互作用產(chǎn)生力，很難測量這些力，”領(lǐng)導這項研究的UIUC機械科學與工程教授王寧說。
為了測量細胞硬度，研究人員需要一個相對剛性的探針，可以壓縮，拉伸或扭曲組織，并量化它們的抵抗力。但是要測量細胞自身內(nèi)部產(chǎn)生的收縮或擴張，探針必須相對柔軟和柔軟。
像其他科學家一樣，王寧和他的同事們已經(jīng)開發(fā)出了探測器來單獨測量這些品質(zhì)中的每一個。但他表示，他想開發(fā)一種更通用的探針，可以同時解決這兩個問題。這樣的探針可以更好地了解這些特性如何影響動脈硬化或癌癥等疾病，或者胚胎如何發(fā)育。
為了應對這一挑戰(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)的老師會為您解疑答惑。
對于這項新研究，該團隊開發(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，科羅拉多大學博爾德分?；瘜W和生物工程教授Kristi Anseth已經(jīng)開發(fā)出一種使用紫外線降解和軟化水凝膠的方法。
在一系列實驗中，研究人員將他們的探針注射到3D實驗室培養(yǎng)的腫瘤塊和斑馬魚胚胎中。通過使這些組織受到電磁場的影響，科學家們激活了探針，以對組織施加各種應力并測量組織硬度。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)，使探針能夠測量組織內(nèi)細胞產(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響應周圍組織而變得更硬，但癌細胞不會改變它們的牽引力，無論它們是否接近柔軟或僵硬的材料。王寧說，這挑戰(zhàn)了一種普遍的看法，即底層組織的物理特征驅(qū)動癌細胞內(nèi)力的變化，使它們能夠轉(zhuǎn)移。
王寧說，這些探針還捕獲了胚胎發(fā)育過程中細胞的推拉，這可以為動物從單細胞發(fā)育到復雜組織時這種振蕩如何與器官，組織和四肢的模式相對應提供新的見解。胚胎工作由中國科學院和中國武漢華中科技大學的研究人員進行?！拔覀兿嘈旁谂咛ブ袡z測到的大力振蕩對于推動發(fā)育的早期階段非常重要，”王說。
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