就像很小的建筑工人一樣，細(xì)胞在3D空間中“構(gòu)建”胚胎組織和器官。這是一項復(fù)雜的任務(wù)，需要細(xì)胞之間進(jìn)行不斷的溝通，協(xié)調(diào)它們的動作，產(chǎn)生形成復(fù)雜組織形態(tài)的機械力。

長期以來，生物學(xué)家一直在研究，這些結(jié)構(gòu)形成時細(xì)胞和它們的行為之間的聯(lián)系，但是直到現(xiàn)在，還沒有發(fā)現(xiàn)細(xì)胞產(chǎn)生用來形成這些結(jié)構(gòu)的力。目前，一種全新的方法，能夠量化細(xì)胞形成組織時所運用的力，可有助于回答生物界這些長期懸而未決的問題，為醫(yī)學(xué)提供新的診斷工具。

這項新技術(shù)，最初由Otger Campàs和Donald Ingber在哈佛大學(xué)Wyss研究所開發(fā)，是第一種測量細(xì)胞在活體胚胎中所產(chǎn)生的機械力的技術(shù)。Campàs目前是UC圣巴巴拉分校系統(tǒng)生物學(xué)助理教授，他帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊，從幾個全新的角度，開發(fā)了這種液滴技術(shù)，將其用于發(fā)現(xiàn)形成魚和雞胚胎結(jié)構(gòu)的細(xì)胞力的模式。

Campàs說：“很多人對‘遺傳學(xué)和力學(xué)如何相互作用來形成胚胎組織’非常感興趣。我相信，這種技術(shù)將能幫助很多科學(xué)家探索機械力在胚胎發(fā)生，更普遍的，在生物學(xué)中的作用。”

到目前為止，絕大多數(shù)關(guān)于細(xì)胞力如何影響細(xì)胞行為的知識，來自對體外細(xì)胞的研究——通過培養(yǎng)使細(xì)胞與其自然環(huán)境脫離。利用軟凝膠基質(zhì)或凝膠模型，研究人員已經(jīng)能夠測量這些細(xì)胞在培養(yǎng)皿中移動時的牽引力。然而，對細(xì)胞形成胚胎組織和器官時產(chǎn)生的力，以及這些力在其自然環(huán)境下如何影響細(xì)胞行為，幾乎還一無所知。

Campàs說：“總的來說，細(xì)胞在胚胎內(nèi)表現(xiàn)出與培養(yǎng)皿中不同的行為。“他補充說，一些行為可能是相似的，但是其它許多并不相同。根據(jù)環(huán)境，細(xì)胞以各種不同的方式作出反應(yīng)。

哈佛大學(xué)Wyss研究所主任Donald Ingber說：“這不可能證明，活體內(nèi)的力學(xué)和行為之間有直接的因果關(guān)系，因為我們以前沒有任何方法能夠量化3D活體組織中特殊位置的力的水平?，F(xiàn)在，這種方法能允許我們進(jìn)行這些測量，我希望它能將力學(xué)生物學(xué)帶到一個全新的水平。”

為了測量這些微小的細(xì)胞力，Campàs和Ingber利用一種特殊的微小液滴。一旦液滴被固定和控制其表面張力，液滴的表面化學(xué)被修改，能允許活細(xì)胞吸附。它也被貼以熒光標(biāo)簽，使觀察者能夠看到其形狀。當(dāng)細(xì)胞在一個液滴上推拉時，它們使液滴變形，這種變形使我們能夠直接“讀取”細(xì)胞運用的力。

Campàs和Ingber指出，利用這種技術(shù)，可以在不同的條件下測量細(xì)胞力，例如3D細(xì)胞聚集或在活小鼠下頜骨。這項研究發(fā)表在12月8日的Nature Methods雜志上。

這種方法，能幫助回答生物學(xué)家們數(shù)十年來一直試圖解答的問題：細(xì)胞產(chǎn)生了什么力來形成胚胎組織和器官？在細(xì)胞的自然環(huán)境——活體胚胎中，這些力如何影響細(xì)胞行為和基因表達(dá)？

Campàs說：“了解細(xì)胞如何形成胚胎結(jié)構(gòu)，需要測量這些結(jié)構(gòu)被形成時細(xì)胞力的模式。如果你從胚胎中取出細(xì)胞置于培養(yǎng)皿中，你就再也沒有組織或器官結(jié)構(gòu)了。”

通過觀測培養(yǎng)細(xì)胞成熟后的行為所獲得的知識，可能帶來關(guān)于更多情況包括出生缺陷或腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的進(jìn)一步的知識。此外，這種方法也能為組織的組成細(xì)胞所運用的力失衡而引發(fā)的疾病，帶來深刻的見解。Ingber說：“這些例子包括哮喘病的氣道平滑肌細(xì)胞的超收縮、高血壓的血管平滑肌細(xì)胞、攣縮和疤痕中的皮膚結(jié)締組織細(xì)胞等，以及心力衰竭中的心肌細(xì)胞的低收縮性等等。”調(diào)查組織剛度和收縮背后的力，也有助于組織異常情況的診斷。