一款安全、简便的细胞间牵引力测量工具
一种充满荧光纳米粒子的弹性微珠扩大了科学家们对细胞间机械力的理解。伊利诺伊大学香槟分校领导的研究团队已经量化了培养皿和活标本细胞之间三个维度的力。这项研究有助于解开培养发育和肿瘤干细胞（例如，肿瘤再生细胞）相关谜团。
几十年来，科学家们一直在努力量化细胞之间的牵引力（tractions），然而，目前的可用工具还不足以适应细胞间的微小空隙，也不足以检测细胞群落的小位移。
尽管这些力在宏观人体视角看起来微不足道，但它们在细胞尺度上的作用却非同凡响。根据这项最新研究，伊利诺伊团队证明，牵引力对细胞生理学起基础性作用。
机械科学与工程教授Ning Wang等人在《Nature Communications》发表了他们的新发现。
“如果我们把一个细胞放在培养皿中，即使提供其生长所需的所有营养物质，它也不能存活很长世间，”Wang说。“因为缺乏支持或支架，细胞不能形成任何组织。”
当细胞生长繁殖时，它们彼此竞争和争夺空间。研究小组发现，当他们向培养皿中的斑马鱼早期胚胎和小鼠黑色素瘤细胞注入弹性微珠（elastic round microgels, ERMGs），人类就能感应到这些力。
“细胞似乎不排斥这种入侵，”Wang说。“微珠由无毒的微凝胶制成，即使将它们推到细胞周围，似乎也不会影响发育。”
为了量化施加在细胞上的力，研究团队将荧光纳米颗粒置于珠体内部，当细胞挤压珠体，每个受力区的纳米颗粒都移动相同位移，研究人员可以用荧光显微镜测量发光粒子运动，计算施加在珠体和细胞上的力。Wang说，他们使用这项技术，首次在三个维度上成功地测量了包括压缩、拉伸和剪切在内的所有三种力量。
研究小组发现，当小鼠的体外（in vitro）黑色素瘤细胞从单个细胞复制到100至200个细胞左右时，压缩力不再增加。
“我们原本认为在早期生长阶段癌细胞会产生更多压力，就像我们在斑马鱼胚胎中检测到的一样，”Wang说。“因此，我们怀疑癌细胞在这个阶段之后已经做好了扩散或转移的准备。”
原发肿瘤并不致命，Wang说，真正的杀手是从原发地转移到软组织（如骨髓、脑、肺和肝）中的肿瘤再生细胞（tumor-repopulating cells，TRCs），它们的细胞间牵引力很低，虽然转移机制尚不明确，但我们怀疑TRCs在次级软组织中的扩散非常迅速，也许测量细胞间牵引力变化水平可以作为癌症早期诊断工具。
这种微凝胶珠技术也可用于解释Wang和同事最近研发的一款转移抑制合成药物机制。此外，他们还将其用于胚胎干细胞和胚胎细胞研究。Wang说，当一种强有力的新工具问世时，研究人员会兴奋地将其应用于细胞生理、发育和疾病研究。
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