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中美团队合作开发微型机器探针 实现细胞硬度和牵引力原位测量

2023年01月30日 14:54:57来源:化工仪器网作者:宋池点击:5632
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欧美克
  【化工仪器网 项目成果】近日,华中科技大学生命科学与技术学院细胞生物力学团队、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究团队与美国伊利诺伊大学和科罗拉多大学的团队合作,共同开发了一种微型机器探针,用于原位测量细胞硬度和细胞牵引力原位测量。
 
  细胞硬度和细胞牵引力是细胞力学属性的两个重要表征,在细胞的铺展、增殖和分化等方面有着重要影响。目前科学家已经开发了多种方法测量细胞硬度和细胞牵引力。细胞硬度可利用原子力显微镜、光镊、细胞磁力扭曲仪等仪器测量,而测量细胞牵引力可使用牵引力显微术、液滴法、弹性微球等方法。
 
  然而上述方法只能单一测量细胞硬度或细胞牵引力,无法同时测量两种力学属性。而细胞的力学属性在生命活动过程中是动态变化的,只有在同一位置同时检测细胞硬度和牵引力,才能够更全面地认识细胞力学属性的影响。
 
  同时测量细胞硬度和细胞牵引力的难点在于这两种力学属性的测量对探针的要求是背道而驰的。测量细胞硬度要求探针有足够的硬度,从而避免探针发生形变影响精确性;而测量细胞牵引力则要求探针在牵引力作用下能够发生形变。
 
  为解决这一问题,研究团队研发了一种高硬度的微型机器探针。该探针由包裹在聚乙二醇凝胶中的铂-钴合金的十字架制备而成。十字架在强磁场(2.9T磁共振成像仪)的作用下被磁化。在较弱的交变磁场的驱动下(10高斯量级),整个探针发生运动,探针的运动可以反映细胞或组织的硬度。而用紫外光对微型机器探针照射特定的时长,探针可以变软,从而在细胞牵引力的作用下发生形变,根据形变程度可计算牵引力的大小。
 
微型机器探针示意图
 
  在实验中,研究团队分别利用小鼠黑色素瘤B16细胞、斑马鱼胚胎、小鼠胚胎细胞进行了实验,并取得了一定成果。
 
  目前使用这种微型机器人探针仍有几个限制。例如,由于对凝胶球体和十字架尺寸的控制以及它们在微凝胶中心的定位具有高度可变性,因此可能会出现错误。当存在高可变性时,设备校准成为一项要求。此外,将两种测量类型组合用于一个探针也可能产生误差,特别是因为微凝胶需要用紫外线软化。但是这种技术对于观察细胞在发育过程中的动态特性仍然具有很大的价值。
 
  (资料来源:华中科技大学生命与科学技术学院)

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