豐臺顯微鏡下的瓷器機械生物學:人體內的細胞通過
作者: 發布時間:2022-07-02 17:36:48點擊:1482
信息摘要:
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機械力不僅存在于宏觀世界,而且存在于顯微鏡下。觀察和利用這些微小的力有助于人們理解免疫細胞如何攻擊敵人。我們可以利用機械生物學來理解免疫細胞如何攻擊癌細胞。
機械力支配著生命的過程,從心臟、彈簧和滑輪狀肌肉的泵狀收縮,到由幾十個牛頓皮革力相互牽拉的細胞。
一個主要的原因為什么在生物機械力沒有被認真考慮之前是先進的測量工具的缺乏。現在,有更好的工具正在開發中,在細胞和組織的機械活動的可追溯性,以及新的藥物和治療方法也開始出現。
正如骨骼和肌肉允許人類施加力一樣,每個細胞內的纖維網絡(細胞骨架)允許細胞施加或抵抗力并移動它們。
T細胞是我們免疫系統的一部分,它們可以充當細胞殺手,殺死其他細胞和感染病毒的癌細胞。
在微米尺度上(毛絲的1%是細小的),使用3D牽引顯微鏡(TFM),我們可以看到T細胞通過從組織中擠出一條通路來獵取癌細胞。
T細胞(綠色)在含有嵌入珠(紅)的細胞外基質中遷移。照片來源:Biro Lab
技術稱為雙吸管吸(DPA)和光學鑷子讓我們理解細胞,把它們放在一起的控制。這讓我們了解和展示這背后的機制的致命之吻。
通過機械生物學技術觀察T細胞如何發現和殺死癌細胞,我們可以找到更好的腫瘤免疫治療的靶點。
就在最近,美國食品和藥物管理局(FDA)批準了個用患者自身T細胞治療癌癥的免疫療法。
力傳感器的主要類型之一是機械力敏感離子通道,這些離子通道是細胞表面上可以開關的孔。
當細胞感受到機械刺激(本質上,就像一個微小的刺)時,這些孔就打開了。之后,化學物質的進出將產生穿過細胞邊界的電流。這種電流可以通過放置在細胞表面上的微小電極來測量。
許多細胞和組織都有這種受體,并對機械負荷的變化作出反應。這包括提供觸覺的神經元、遷移的癌細胞和維持骨骼中軟骨的細胞。
EVENITY,一種預防骨質疏松的藥物,通過該途徑發揮作用。它阻斷硬化素,一種在成骨細胞機械力感覺中在抑制骨合成中起重要作用。
在去往國際空間站的途中用老鼠做實驗后,這種療法現在已經通過了人類臨床試驗,并且正在等待美國FDA批準治療骨質疏松癥患者。
芯片器官技術被設計用于輔助藥物開發、疾病模擬和個性化醫學。芯片上的每個器官單元由透明聚合物材料組成,大約為U盤大小,腔內襯有活的人體細胞。
這些芯片不同于其他實驗室測試,例如細胞培養,因為它們模擬了真實組織中細胞的物理和機械環境,而不是僅僅聚焦于分離的單個細胞。
例如,芯片器官可以在顯微鏡下重建人體器官的結構,包括消化道、腎臟、皮膚、骨髓和大腦區域。
在切片肺中,具有毛發狀結構的肺細胞能夠有節奏地運動,允許粘液像人體中的活肺一樣從切片肺中流出。
許多研究者和生物技術公司希望,諸如芯片上芯片技術這樣的技術可以加速新藥的開發和促進個性化醫療。
因為臨床研究需要幾年的時間來使用現有的傳統技術來生產和測試單個化合物,所以它花費了數百萬美元。此外,因為動物模型并不總是地模擬,所以在臨床前動物實驗中常常不能預測人類對藥物的影響。人類的生物反應
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