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現(xiàn)可在分子尺度上看到細(xì)胞力

布羅克曼說(shuō)：“這應(yīng)該能夠使我們能確定如何改變細(xì)胞以改變和控制其力量。”“我們也許能夠?qū)⒓?xì)胞的各種機(jī)械活性與特定蛋白質(zhì)或細(xì)胞機(jī)械的其他部分聯(lián)-系起來(lái)。”

科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一種新技術(shù)，使用由像螢火蟲一樣發(fā)光的發(fā)光DNA制成的工具來(lái)可視化分子水平上的細(xì)胞機(jī)械力。

《自然方法》發(fā)表了由埃默里大學(xué)化學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)工作，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中證明了他們?cè)谌梭w血小板上的技術(shù)。該研究的高級(jí)作者，埃默里大學(xué)的化學(xué)教授哈立德·薩拉塔說(shuō)：“我們找到了一種方法，可以利用光學(xué)成像的進(jìn)展以及分子DNA傳感器來(lái)捕獲25納米的力。這種分辨率類似于登月，并觀察到雨滴撞擊地球上的湖泊表面所引起的漣漪。”“通常，光學(xué)顯微鏡不能產(chǎn)生能分辨小于光波長(zhǎng)度(約500納米)的物體的圖像。”

幾乎每個(gè)生物過程都涉及機(jī)械成分，從細(xì)胞分裂到血液凝固再到產(chǎn)生免疫反應(yīng)。Salaita說(shuō)：“了解細(xì)胞如何施加力和感知力可能有助于開發(fā)針對(duì)許多不同疾病的新療法。” Salaita的實(shí)驗(yàn)室是設(shè)計(jì)成像和繪制生物力學(xué)力的方法的領(lǐng)-導(dǎo)者。

該論文的di-一作者約書亞·布羅克曼(Joshua Brockman)和蘇漢泉(Hanquan Su)在薩拉泰塔實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任Emory研究生的工作。他們倆zui近都獲得了博士學(xué)位。

當(dāng)細(xì)胞在特定的受體位點(diǎn)施加力時(shí)，連接的探針會(huì)伸展，導(dǎo)致其隱藏的口袋打開并釋放存儲(chǔ)在內(nèi)部的DNA卷須。DNA的自由浮動(dòng)片段經(jīng)過工程處理，可以停靠在這些DNA卷須上。當(dāng)熒光DNA-片段?？繒r(shí)，它們會(huì)短暫復(fù)員，在顯微鏡視頻中顯示為靜止的光點(diǎn)。

研究人員將合成DNA鏈變成了分子張力探針，其中含有隱藏的口袋。探針附著在細(xì)胞表面的受體上。用熒光標(biāo)記的自由漂浮的DNA-片段可作為成像儀。作為無(wú)固定的DNA專家，它們?cè)陲@微鏡視頻中產(chǎn)生了光斑。

數(shù)小時(shí)的顯微鏡視頻記錄了整個(gè)過程，然后加快速度顯示光點(diǎn)隨時(shí)間的變化，從而提供了細(xì)胞機(jī)械力的分子水平視圖。

研究人員使用螢火蟲類比來(lái)描述這一過程。

布拉克曼說(shuō)：“想象一下，您在一個(gè)沒有月球的夜晚在一個(gè)田野里，有一棵樹看不見，因?yàn)樗黄岷诹恕?rdquo;他畢業(yè)于*·庫(kù)爾特生物醫(yī)學(xué)工程系。佐治亞理工學(xué)院和埃默里大學(xué)，現(xiàn)在是哈佛大學(xué)的博士后。“由于某種原因，螢火蟲真的像那棵樹。當(dāng)螢火蟲降落在樹的所有樹枝上和樹干上時(shí)，您可以慢慢建立起樹的輪廓圖像。如果您真的很耐心，甚至可以通過記錄螢火蟲如何隨時(shí)間改變著陸點(diǎn)來(lái)檢測(cè)在風(fēng)中搖曳的樹枝。”

蘇說(shuō)。“以高分辨率對(duì)活細(xì)胞的力成像非常有挑戰(zhàn)性。”蘇畢業(yè)于埃默里化學(xué)系，現(xiàn)在是薩拉塔伊實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員。“我們技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)在于它不會(huì)干擾細(xì)胞的正常行為或健康。”

他補(bǔ)充說(shuō)，另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，可以以特定方式自然地彼此結(jié)合的A，G，T和C的DNA堿基可以在探針成像系統(tǒng)中進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，以控制特異性并一次繪制多個(gè)力在一個(gè)單元內(nèi)。