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你想測(cè)測(cè)細(xì)胞與細(xì)胞之間的力嗎？Nature Protocols發(fā)布了新方法
芬蘭和德國(guó)的科學(xué)家現(xiàn)在提出了一種高度適應(yīng)性的技術(shù)——微型移液管力傳感器（micropipette force sensors），可以精確地測(cè)量各種微米尺寸的生物體施加的力，這一新方法已經(jīng)發(fā)表在國(guó)際期刊《Nature Protocols》。
一個(gè)活細(xì)胞或微生物能施加的力很小，通常不大于幾納米牛頓。相比之下，1納米牛頓是一支巧克力棒重量的十億分之一。然而，對(duì)生物體和微生物來說，這些力足以允許細(xì)胞貼附一個(gè)表面或讓微生物推動(dòng)自己朝營(yíng)養(yǎng)方向發(fā)展。
芬蘭和德國(guó)的科學(xué)家現(xiàn)在提出了一種高度適應(yīng)性的技術(shù)——微型移液管力傳感器（micropipette force sensors），可以精確地測(cè)量各種微米尺寸的生物體施加的力，這一新方法已經(jīng)發(fā)表在國(guó)際期刊《Nature Protocols》。
為了生存和增殖，生物細(xì)胞必須成功地適應(yīng)生存環(huán)境條件。它們需要一種機(jī)械力：附著于其他細(xì)胞或一個(gè)表面，最終形成生物膜，一種保護(hù)細(xì)胞群落免受外部攻擊的結(jié)構(gòu)。例如，許多微生物可以在表面爬行或在液體中游泳，向營(yíng)養(yǎng)源主動(dòng)靠近。為了提高我們對(duì)微生物如何移動(dòng)自己的基本認(rèn)識(shí)，我們必須測(cè)量有關(guān)它們移動(dòng)的機(jī)械力。
Matilda Backholm博士和Oliver B?umchen博士合作描述了測(cè)量活細(xì)胞和微生物力的工具——微型移液管力傳感器的發(fā)明。“微型移液管力傳感器技術(shù)的工作原理非常簡(jiǎn)單：通過光學(xué)觀察校準(zhǔn)微型移液管的偏轉(zhuǎn)，直接測(cè)量作用在移液管上的力，”芬蘭阿爾托大學(xué)應(yīng)用物理系研究員Matilda Backholm說。
該微型移液管是一個(gè)中空的玻璃針，其厚度大約等于或小于人類頭發(fā)的直徑。這項(xiàng)技術(shù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)之一是它可以應(yīng)用于多種生物系統(tǒng)，從單細(xì)胞到毫米大小的微生物。
“我們用微生物學(xué)中的兩個(gè)模型系統(tǒng)證明了該方法的多功能性，這項(xiàng)技術(shù)將來肯定可以應(yīng)用于其他生物系統(tǒng)，”德國(guó)Max Planck研究所動(dòng)力與自組織研究小組負(fù)責(zé)人Oliver B?umchen說。
“這項(xiàng)技術(shù)背后的想法是結(jié)合幾種已建立的生物物理技術(shù)優(yōu)勢(shì)：我們用一根微型移液管來抓取活細(xì)胞，就像體外受精操作一樣，用原子力顯微鏡測(cè)量移液管的偏轉(zhuǎn)來研究機(jī)械力，”Bumchen說。
Backholm博士補(bǔ)充了另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：“與其他測(cè)量方法相比，我們只需用先進(jìn)的顯微鏡觀察，就可以高度敏感地檢測(cè)出微型移液管的偏轉(zhuǎn)。這使我們能夠在測(cè)量力的同時(shí)，以高光學(xué)分辨率檢查微生物的形狀和運(yùn)動(dòng)。”所有操作，細(xì)胞或微生物都是活的、完整的。這允許研究人員測(cè)量它們對(duì)藥物、營(yíng)養(yǎng)、溫度和其他環(huán)境因素的反應(yīng)。“力的分辨率真的很顯著，”B?umchen博士補(bǔ)充說。“隨著技術(shù)進(jìn)步，我們成功地探測(cè)到了大約10個(gè)皮牛頓的力，這幾乎與原子顯微鏡一樣優(yōu)秀。”
研究人員預(yù)計(jì)，未來他們的方法將走入其他研究型實(shí)驗(yàn)室，以解決大量重要的生物物理問題，旨在更好地了解細(xì)胞和微生物的生物學(xué)功能和基本物理原理。
Backholm博士指出，這些研究方法確實(shí)可以促進(jìn)生物醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)應(yīng)用：“微型移液管力傳感器技術(shù)可能有助于識(shí)別抗傳染病藥物，并抑制醫(yī)學(xué)植入物上生物膜的形成，而這僅僅是這種新方法可能產(chǎn)生重大影響的幾個(gè)簡(jiǎn)單例子。”
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原文檢索：Micropipette force sensors for in vivo force measurements on single cells and multicellular microorganisms. Nature Protocolsvolume 14, pages594–615 (2019)
（生物通：伍松）
