“看癌細胞打球”，活體組織中的生物力可以進行測量！

在腫瘤細胞分裂和生長的過程中，腫瘤細胞之間相互推、拉、擠、壓?？茖W(xué)家們猜測力學(xué)信號在腫瘤中起到重要作用，但是目前還很不能解釋力學(xué)信號在其中是如何發(fā)揮作用的。這主要是因為目前還沒有一種好的方法可以測量活體組織中的生物力。最近華中科技大學(xué)的汪寧教授課題組在《自然?通訊》發(fā)表的一項彈性微球（Elastic Round Microgel）的技術(shù)解決了這個問題。美國國立衛(wèi)生研究院（NIH， National Institutes of Health）院長、美國科學(xué)院院士、美國醫(yī)學(xué)院院士Francis Collins教授7月12日在美國國立衛(wèi)生研究院院長博客上撰寫文章高度評價了汪寧教授的這項工作并稱其為“ingenious approach” （巧妙的方法）。這篇文章的標(biāo)題為“Watching Cancer Cells Play Ball” “看癌細胞打球”。

Collins院長在文章中介紹了汪寧教授課題組通過開發(fā)一種彈性微球的方法，實現(xiàn)了實時測量腫瘤和組織發(fā)育過程中生物力的微妙變化：“這種彈性微球就像一個微型籃球——只是用納米熒光球代替了空氣對其進行填充。在這個實時的錄像中，我們可以看到黑色素瘤細胞在生長和分裂的過程中，不斷的對這個彈性微球進行擠壓和旋轉(zhuǎn)。”

“汪寧等人通過基于液滴的微流控裝置生產(chǎn)出大小均勻的彈性微球，彈性微球中的彈性來自褐藻的海藻酸鹽。這種海藻酸鹽具有良好的生物親和性并且不會被哺乳動物細胞打破。因此將這種彈性微球與哺乳動物細胞共培養(yǎng)，可以保證哺乳動物細胞的正常生長和分裂。”

“這種彈性微球是如何對活體組織中的生物力進行測量的呢？這主要依靠彈性微球內(nèi)部的納米熒光球。在細胞對彈性微球進行擠壓的過程中，彈性微球內(nèi)部的納米熒光球也會跟著被推擠，運用熒光顯微鏡可以清楚的獲得這些納米熒光球的實時位置信息。因為彈性微球的物理性質(zhì)（注：彈性模量）在制作的過程中已經(jīng)被測量過，所以通過這些納米熒光球的實時圖像，研究者可以準(zhǔn)確的計算出細胞施加在彈性微球表面的實時三維作用力——包括壓縮力、張力和剪切力等?！?/p>

“汪寧教授課題組已經(jīng)將這種方法投入使用并獲得了一些非常有意思的結(jié)果。例如，將小鼠黑色素瘤細胞放到實驗室的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，從單個細胞長到數(shù)百個細胞，平均的壓縮力看起來并沒有增加。但是在腫瘤組織中，細胞間的力每時每刻都在發(fā)生變化，同一組織中不同區(qū)域的生物力也有很大差異。這說明生物力在腫瘤細胞中扮演著非常重要的角色，但目前科學(xué)家對其還沒有很好的了解?！?/p>

“汪寧教授課題組還將這種彈性小球注射到斑馬魚的胚胎內(nèi)，用來測量胚胎發(fā)育過程中生物力的變化過程?！?/p>

“汪寧他們希望能夠有更多的科學(xué)家能夠使用這種全新的研究手段去獲得對我們身體中細胞間的作用力更深入的了解。這也許不像看斯蒂芬?庫里（注：NBA超級巨星）打NBA比賽那么令人激動，但是它能夠幫助我們更深入的理解生物力在生物體中發(fā)揮的重要作用。”