5月14日，國際權威雜志《自然通訊》發(fā)表了華中科技大學生命學院汪寧教授團隊研發(fā)的顛覆性技術（Quantifying compressive forces between living cell layers and within tissues using elastic round microgels）——測量三維生物力的新方法。
近年來研究人員發(fā)現力學信號對細胞的生長、發(fā)育、分化都起到重要的作用，但如何定量測量生物力并研究其對細胞、組織、乃至器官的影響，是一直困擾著科學界的巨大難題。多年前科學家們研發(fā)了可以在體外測量二維生物力的方法。但如何在體內測量三維生物力一直無人解決。
汪寧教授在2009年提出了生物力醫(yī)學(MechanoBioMedicine)的新概念。生物力醫(yī)學主要是運用力學和工程的基本原理，研究生命活動的力學機理，研發(fā)可在體外和體內運用的新技術，用來調控生理微環(huán)境，從而達到早期癥斷、治療和治愈某些復雜疾病的目的。生物力是活細胞內肌球蛋白Ⅱ產生的力，是一種電磁力。
汪寧教授幾年前產生了一個靈感：制作尺寸均勻的彈性微球（Elastic Round Microgel, ERMG）來定量測量三維生物力。他們用自己設計的微流控芯片和彈性藻酸鹽聚合物制作了和細胞尺寸相近的均勻微型彈性球。每個彈性微球的直徑、力學性質、化學性質、與細胞粘附性質都完全一樣。他們在彈性微球中加入了許多熒光納米顆粒來定量彈性球的變形，由此計算出生物力。實驗表明這些與生物體相容并無任何毒副作用的彈性微球和活細胞粘附后，細胞對其產生了三維正應力和剪切力。經過理論計算、模擬實驗和細胞實驗，研究人員發(fā)現通過定量測量彈性微球的三維形變和已知彈性球的彈性模量，就可定量測量三維生物力。
在動物體內實驗中，研究人員發(fā)現斑馬魚早期胚胎發(fā)育時，不同部位的細胞在、不同的時間產生了不同的三維生物力。這些發(fā)現為今后研究生物力是如何影響動物體內胚胎發(fā)育的結構和功能打下了堅實的基礎。
汪寧教授團隊運用彈性微球這一新技術發(fā)現惡性腫瘤再生細胞（腫瘤干細胞）在三維軟基質中增生時，即當這些癌細胞克隆逐漸變大時，克隆內的壓縮應力并沒有增加，這個現象和正常間充質干細胞克隆的增生反應完全不同。這個發(fā)現表明惡性腫瘤再生細胞和正常的干細胞所產生的三維生物力是完全不同的。測量細胞間的“生物力”有望成為癌癥早期診斷的一種工具，并有助于解釋阻止癌癥轉移的合成藥物如何發(fā)揮作用。
文章主要作者為汪寧在伊利諾伊大學（UIUC）的博士生Erfan Mohagheghian，生命學院博士生羅君雨、陳軍見、博士后陳俊威等人。汪寧教授為通訊作者。
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