物理科技生物学-PHYICA

微型传感器技术揭示了组织生成中涉及三生三世枕上书txt的细胞力

生物 2022-08-31 00:03:22

作者凯文·史黛西,布朗大学 当生物组织形成和生长时,微小的荧光球(红色小点和小点)可以用来测量细胞水平的力

当周围的细胞对球体施加力时,球体变形,这种变形被用来计算力

学分:达林实验室/布朗大学 布朗大学研究人员开发的一项新技术揭示了生物组织形成和生长过程中细胞水平的作用力

这项技术有助于更好地理解这些过程是如何工作的,并有助于研究它们对环境毒素或药物疗法的反应

如《生物材料》杂志所述,该技术利用了由高度柔顺的聚合物材料制成的细胞大小的球体,可将其置于组织形成细胞的实验室培养物中

随着组织形成过程的展开,用荧光染料染色的球体的显微镜图像揭示了它们在周围细胞压力下变形的程度

然后,一种计算算法利用这种变形来计算细胞微环境中的作用力

布朗大学医学、工程学和骨科副教授埃里克·达林说:“我们知道机械力是组织形成和发展的重要刺激因素,但实际测量这些力相当困难。”

“我们开发的这些球体为我们提供了一种极其灵敏的技术,可以在同一样品中测量这些力随时间的变化

我们可以在一个96孔板上一次处理多个样品,所以这也是一种高通量的方法

" 这项研究是达林实验室和哈内什·凯萨里实验室的合作,哈内什·凯萨里是布朗大学的工程学助理教授和固体力学专家

达林和研究生罗伯特·古铁雷斯开发了球体,并用它们进行了细胞培养实验,而凯萨里和研究生方文强开发了计算力的计算算法

球体是由一种叫做聚丙烯酰胺的聚合物制成的

达林说,球体对新形成的组织的行为没有明显的影响,聚丙烯酰胺材料具有高度一致和可调的机械性能,这使得球体变得足够柔软,可以在受到细胞力时发生可测量的变形

“关键是要有一种高度可控的材料,具有非常精确的形状以及微调和均匀的机械刚度,”凯萨里说

“如果我们知道球体的特性,那么我们就可以拍下它们的形状是如何变化的,并计算出这些变化所需的力

" 作为概念的证明,研究人员进行了一系列实验来测量间充质浓缩所涉及的力,间充质浓缩是干细胞聚集在一起并最终分化为组织特异性细胞类型的过程

这个过程对于牙齿、骨骼、软骨和其他组织的形成至关重要

在一项实验中,研究小组将细胞培养物中的力感应球放在一起,形成多细胞球

培养物的显微镜图像每小时拍摄一次,持续14小时,使团队能够跟踪每种培养物中涉及的力随时间的变化

实验表明,在这个过程的前5个小时左右,间充质凝聚所涉及的力是高度可变的,然后才稳定下来,形成更稳定的力分布

研究人员说,这是第一次测量这种力的动态

为了帮助验证球体对细胞力确实敏感,研究小组用细胞骨架抑制剂处理过的培养物重复了实验,这种药物可以削弱细胞内微小的收缩运动

不出所料,球体在用药物处理的培养物中检测到明显较弱的力

在另一组实验中,研究人员将传感器球体添加到预先形成的细胞块中,以观察球体是如何被吸收到细胞块中的

一些球体已经用胶原涂层处理过,使细胞能够与传感器结合,而其他的球体没有涂层

达林说:“我们能够看到涂层球体和未涂层球体之间的力分布的差异。”

“总的来说有一个很大的压缩力,但是有了涂层的细胞,我们可以看到细胞直接与球体相互作用,对它们施加拉力

" 达林说,他希望这项技术能够揭示组织形成过程的基本细节

在未来,它还可能被用于筛选旨在调节这些过程的药物,或测试环境毒素的影响

它也可以用于组织工程

达林说:“如果我们想培养软骨,了解这些细胞相互施加的力的类型可能会有所帮助,因为我们可能能够施加与力的分布相匹配或互补的外力。”

“因此,除了根本性的发现,我认为未来还有一些转化的潜力

"

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