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我国超软细胞微组织生物力学研究取得重要突破

来源:  科技日报       作者:过国忠 包海霞      发布时间:2021-9-7 18:23  |  

科技日报记者7日从常州大学获悉,该校生物医学工程与健康科学研究院院长邓林红教授团队,成功设计并制备了一种高灵敏性的微弦力学传感器。这标志着我国在对超软细胞微组织生物力学研究上取得重要新突破。

邓林红介绍,机械力在生物组织形态发生和重塑中发挥独特的作用,这些力由效应细胞、细胞外基质和组织的力学边界条件共同决定。尽管近年来,成为国际研究热点,但对于胚胎发育等重要生理病理过程中超软组织大幅度收缩的生物力学行为及其调控机制的研究,则一直进展非常缓慢,这主要是因为目前的力检测装置在测量过程中对细胞产生不可忽略的反馈力,干扰了组织的自然收缩。

邓林红团队针对相关关键技术难题进行系统研究,成功设计并制备了一种高灵敏性的微弦力学传感器,其微弦结构具有低弹性系数和大可变挠度的优点,能够通过在一对微弦上培养三维细胞微组织,实现实时跟踪观察微组织的收缩以及嵌入其中的微弦的相应变形,进而根据两微弦间距的变化非常灵敏地测量到微组织收缩过程中所产生的力。

“我们研究不仅发现细胞微组织在不同力学边界条件下的力学响应差异非常巨大,还证实细胞的力学响应受到基质硬度和外界力学边界条件的共同影响,更首次揭示了超软组织收缩过程中细胞收缩力与基质张力之间的动态变化关系。”邓林红说。

目前,利用这一独创的测量技术能够在不妨碍微组织大规模收缩的情况下检测其收缩力,同时还发现在一定力学边界条件范围内微组织收缩过程中维持其应变所需收缩力的差异可以达到17倍以上。此外,还证实微组织的收缩力主要由细胞收缩力和胶原基质张力构成。

邓林红告诉记者,该项研究成果,今后可广泛应用于超软细胞微组织力学行为的研究,包括胚胎发育、组织工程与再生医学、相关药物的筛选和研发等领域的基础和应用研究。相关研究成果9月2日已在线发表在国际著名期刊《美国国家科学院院刊(PNAS)》上 。

(编辑:于思洋

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