专栏名称: 生物力学仪器

力学现象对一些基本细胞进程的正常运作至关重要，力学载荷可以作为胞外信号来调节细胞功能。危及人类健康的几种主要疾病，如骨质疏松症、动脉粥样硬化和癌症等，均与力学感知或功能障碍有关。文章来源为网络搜集，如有侵权请联系15336881895谢谢

细胞尺度的生物力学表征：现状与前景

生物力学仪器 · 公众号 · · 2024-11-28 09:37

正文

快速发展的机械生物学领域需要对细胞机械特性进行稳健且可重复的表征。最近在理解细胞命运的机械调控方面取得的成就很大程度上依赖于能够探测活细胞的机械响应及其与微环境的物理化学相互作用的技术平台。除了已建立的基于原子力显微镜 (AFM) 的方法系列之外，其他方法还包括光学、磁力和声学镊子，以及利用生物材料化学和微加工技术的传感基板。在本次综述中，我们介绍了可用的方法，重点介绍了最新进展，并讨论了与其实施相关的挑战。

这篇文章是一篇关于细胞尺度生物力学特性表征的综述，标题为《Biomechanical Characterization at the Cell Scale: Present and Prospects》，由Francesco Basoli等人撰写，发表于2018年11月15日。以下是文章的核心内容：

研究背景 ：
- 机械生物学领域迅速发展，需要对细胞机械特性进行稳健和可重复的表征。
- 细胞能够感应周围环境的物理化学信号，并触发包括细胞生长、增殖、分化、运动甚至凋亡在内的生物力学反应。
- 细胞产生的力调节多种生物活动，如细胞粘附、信号传导、生化途径和代谢功能。
技术平台 ：
- 文章回顾了用于探测活细胞机械反应及其与微环境物理化学相互作用的技术平台，包括原子力显微镜（AFM）基础方法、光学、磁性和声学镊子，以及利用生物材料化学和微制造技术的感受基质。
- 介绍了这些方法的最新进展，并讨论了实施这些技术的挑战。
  表 1. 细胞机械表征最相关技术的总结。
细胞力学 ：
- 细胞是粘弹性的，具有弹性和时间依赖的粘性行为，表现为应力松弛、蠕变、应变率敏感性和滞后现象。
- 介绍了用于细胞力学表征的现代技术方法和机械测试系统，包括理论、实验和数值模型的结合。
技术分类 ：
- 主动刺激方法：测量细胞对机械力应用的反应，如AFM和各种镊子方法。
- 被动刺激方法：仅能感应细胞产生的机械力，而不施加任何外部力，如微工程平台和牵引力显微镜（TFM）。
AFM的应用 ：
- AFM用于测量生物组织的机械特性，能够覆盖组织样本的生理病理范围的刚度值，并探测局部细胞-细胞外基质（ECM）的机械相互作用。
镊子方法 ：
- 包括光学镊子（OTs）、磁性镊子（MTs）和声学镊子（ATs），用于操纵单个分子和细胞。
牵引力显微镜（TFM） ：
- TFM利用具有已知机械特性的弹性基质，通过荧光/共聚焦显微镜观察细胞作用下的基质变形。
微工程平台 ：
- 包括基于硅的设备（如微电子机械系统，MEMS）和基于弹性体的设备（如聚二甲基硅氧烷，PDMS），用于测量细胞力。
未来展望 ：
- 讨论了这些技术工具的未来展望和挑战，以及如何更好地理解活体组织的结构和机械复杂性。