生物帮罗德岛州普罗旺斯[布朗大学]-布朗大学研究人员开发的一项新技术揭示了生物组织形成和生长过程中细胞水平涉及的作用力。该技术可能有助于更好地了解这些过程的工作原理，并研究它们如何对环境毒素或药物疗法产生反应。
如《生物材料》杂志所述，该技术利用了由高度顺应性聚合物材料制成的细胞大小的球体，可以将其放置在组织形成细胞的实验室培养物中。随着组织形成过程的展开，用荧光染料染色的球体的显微镜成像揭示了它们在周围细胞压力的作用下变形的程度。然后，一种计算算法使用该变形来计算在该细胞微环境中起作用的力。
布朗医学科学，工程和骨科副教授埃里克·达林(Eric Darling)表示：“我们知道机械力是组织形成和发育的重要刺激，但实际上测量这些力非常困难。“我们开发的这些球体为我们提供了一种非常灵敏的技术，可以测量同一样本中随时间变化的力。而且我们可以在96孔板上同时处理多个样本，因此这是一种高通量方法也一样。”
这项研究是达令实验室与Haneesh Kesari实验室的合作，后者是Brown的工程学助理教授和固体力学专家。达令(Darling)和研究生罗伯特·古铁雷斯(Robert Gutierrez)开发了球体并对其进行了细胞培养实验，而凯萨里(Kesari)和研究生方文强(Wenqiang Fang)开发了计算力的计算算法。
这些球体由称为聚丙烯酰胺的聚合物制成。球对新形成的组织的行为没有明显影响，达林说，聚丙烯酰胺材料具有高度一致和可调节的机械性能，这使得使球足够柔软以至于在受到细胞力的作用下可测量地变形是可能的。
凯萨里说：“关键是要使用高度受控的材料，具有非常精确的形状以及经过微调和均匀的机械刚度。”“如果我们知道球体的特性，那么我们就可以拍摄其形状如何变化的照片，并消除做出这些变化所必需的力。”
作为概念的证明，研究人员进行了一系列实验来测量间充质凝结所涉及的力，在此过程中，干细胞聚集在一起并最终分化为组织特异性细胞类型。该过程对牙齿，骨骼，软骨和其他组织的形成至关重要。
在一项实验中，研究小组将力传感领域纳入了细胞培养物，形成了多细胞球。每隔14小时每小时采集一次文化的显微镜图像，从而使团队能够跟踪每种文化所涉及的力随时间的变化。实验表明，在过程的最初5个小时左右，间充质凝结所涉及的力是高度可变的，然后才逐渐稳定下来。研究人员说，这是首次测量这种力的动力学。
