鱷梨裡的“激光視角” 竟能揭秘細胞內部

通過觀察鱷梨來判斷其是硬還是軟？這得要能識別出植物細胞在果皮之下的表現。對於我們這個星球上的所有其他細胞而言也是同樣的情況：儘管歷經了一百多年的深入研究，它們的許多特性依然隱匿於細胞內部。

哥廷根大學的研究人員在他們近期的出版物中闡述了一種新的方法，此方法能夠通過更細緻的觀察來確定細胞內部極其難以檢測的機械特性，該研究發表於《自然材料》。

細胞是所有生命的基本單位，對它們的精準理解是醫學和生物學取得進展的關鍵要素。然而，對它們的研究仍然充滿挑戰，因爲許多分析方法在研究過程中會破壞細胞。哥廷根大學的研究人員當下提出了一個新構想：他們利用了所有微觀粒子都存在的隨機波動運動。

爲了做到這一點，他們先是模擬了預期的波動，然後利用能夠精準控制微粒的光學激光陷阱對預測結果加以檢驗。藉助這種方法，研究團隊得以對微觀粒子的運動情況進行分析——精度可達納米級別，時間分辨率約爲 50 微秒。

此外，分析還將歷史因素納入了考慮範圍，也就是過去的運動情況。結果表明，很多物體在隨機移動之後，總是想要回到某個特定的位置。研究人員利用物體這種回到先前位置的傾向，定義了一個新的量，即所謂的平均回放鬆弛（MBR）。

如今，這個新變量充當了某種“指紋”：它涵蓋了關於所觀察到的運動成因的信息。這使得首次能夠將主動過程與單純依賴溫度的過程（布朗運動）區分開來。

“藉助 MBR，我們能從物體運動中獲取比常規方法更多的信息，”哥廷根大學理論物理研究所的馬蒂亞斯·克魯格教授解釋說。

爲了對活細胞作出陳述，研究人員將該方法應用於活細胞內部。

“由於我們對細胞內部的瞭解仍然有限，起初並不清楚膜生物反應器（MBR）是否也能在此適用。當我看到所得曲線時，簡直不敢相信自己的眼睛，因爲利用我們最初爲更爲簡單的情形所制定的方法，能夠極爲精準地描述細胞內部的情況，”實驗負責人、第三物理研究所的蒂莫·貝茨教授驚歎道。

“結果表明，通過近距離觀察以及新的智能分析方法相結合，能夠洞察細胞內部是柔軟的、堅硬的還是液態的。”該研究的第一作者、來自第三物理研究所的蒂爾·繆克爾說道。

更多信息：蒂爾·M·繆克爾等，《利用被動測量獲取人工和生物系統的活性及粘彈性特性》，《自然·材料》（2024 年）。DOI: 10.1038/s41563-024-01957-2