中美團隊合作開發(fā)微型機器探針 實現細胞硬度和牽引力原位測量
【化工儀器網 項目成果】近日，華中科技大學生命科學與技術學院細胞生物力學團隊、中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心研究團隊與美國伊利諾伊大學和科羅拉多大學的團隊合作，共同開發(fā)了一種微型機器探針，用于原位測量細胞硬度和細胞牽引力原位測量。
細胞硬度和細胞牽引力是細胞力學屬性的兩個重要表征，在細胞的鋪展、增殖和分化等方面有著重要影響。目前科學家已經開發(fā)了多種方法測量細胞硬度和細胞牽引力。細胞硬度可利用原子力顯微鏡、光鑷、細胞磁力扭曲儀等儀器測量，而測量細胞牽引力可使用牽引力顯微術、液滴法、彈性微球等方法。
然而上述方法只能單一測量細胞硬度或細胞牽引力，無法同時測量兩種力學屬性。而細胞的力學屬性在生命活動過程中是動態(tài)變化的，只有在同一位置同時檢測細胞硬度和牽引力，才能夠更全面地認識細胞力學屬性的影響。
同時測量細胞硬度和細胞牽引力的難點在于這兩種力學屬性的測量對探針的要求是背道而馳的。測量細胞硬度要求探針有足夠的硬度，從而避免探針發(fā)生形變影響精確性；而測量細胞牽引力則要求探針在牽引力作用下能夠發(fā)生形變。
為解決這一問題，研究團隊研發(fā)了一種高硬度的微型機器探針。該探針由包裹在聚乙二醇凝膠中的鉑-鈷合金的十字架制備而成。十字架在強磁場(2.9T磁共振成像儀)的作用下被磁化。在較弱的交變磁場的驅動下(10高斯量級)，整個探針發(fā)生運動，探針的運動可以反映細胞或組織的硬度。而用紫外光對微型機器探針照射特定的時長，探針可以變軟，從而在細胞牽引力的作用下發(fā)生形變，根據形變程度可計算牽引力的大小。
微型機器探針示意圖
在實驗中，研究團隊分別利用小鼠黑色素瘤B16細胞、斑馬魚胚胎、小鼠胚胎細胞進行了實驗，并取得了一定成果。
目前使用這種微型機器人探針仍有幾個限制。例如，由于對凝膠球體和十字架尺寸的控制以及它們在微凝膠中心的定位具有高度可變性，因此可能會出現錯誤。當存在高可變性時，設備校準成為一項要求。此外，將兩種測量類型組合用于一個探針也可能產生誤差，特別是因為微凝膠需要用紫外線軟化。但是這種技術對于觀察細胞在發(fā)育過程中的動態(tài)特性仍然具有很大的價值。
(資料來源：華中科技大學生命與科學技術學院)
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