鄧林紅介紹，機(jī)械力在生物組織形態(tài)發(fā)生和重塑中發(fā)揮著獨特作用，這些力由效應(yīng)細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)和組織的力學(xué)邊界條件共同決定。盡管近年來該領(lǐng)域成為國際研究熱點，但對于胚胎發(fā)育等重要生理病理過程中超軟組織大幅度收縮的生物力學(xué)行為及其調(diào)控機(jī)制的研究，則一直進(jìn)展非常緩慢，這主要是因為目前的力檢測裝置在測量過程中對細(xì)胞產(chǎn)生不可忽略的反饋力，干擾了組織的自然收縮。
鄧林紅團(tuán)隊針對相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)難題進(jìn)行系統(tǒng)研究，成功設(shè)計并制備了一種高靈敏性的微弦力學(xué)傳感器，其微弦結(jié)構(gòu)具有低彈性系數(shù)和大可變撓度的優(yōu)點，能夠通過在一對微弦上培養(yǎng)三維細(xì)胞微組織，實現(xiàn)實時跟蹤觀察微組織的收縮以及嵌入其中的微弦的相應(yīng)變形，進(jìn)而根據(jù)兩微弦間距的變化非常靈敏地測量到微組織收縮過程中所產(chǎn)生的力。
“我們研究不僅發(fā)現(xiàn)細(xì)胞微組織在不同力學(xué)邊界條件下的力學(xué)響應(yīng)差異非常巨大，還證實細(xì)胞的力學(xué)響應(yīng)受到基質(zhì)硬度和外界力學(xué)邊界條件的共同影響，更首次揭示了超軟組織收縮過程中細(xì)胞收縮力與基質(zhì)張力之間的動態(tài)變化關(guān)系。”鄧林紅說。
目前，利用這一獨創(chuàng)的測量技術(shù)能夠在不妨礙微組織大規(guī)模收縮的情況下檢測其收縮力，同時還發(fā)現(xiàn)在一定力學(xué)邊界條件范圍內(nèi)微組織收縮過程中維持其應(yīng)變所需收縮力的差異可以達(dá)到17倍以上。此外，還證實微組織的收縮力主要由細(xì)胞收縮力和膠原基質(zhì)張力構(gòu)成。
鄧林紅告訴記者，該項研究成果今后可廣泛應(yīng)用于超軟細(xì)胞微組織力學(xué)行為的研究，包括胚胎發(fā)育、組織工程與再生醫(yī)學(xué)、相關(guān)藥物的篩選和研發(fā)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。
