鳄梨里的“激光视角” 竟能揭秘细胞内部

通过观察鳄梨来判断其是硬还是软？这得要能识别出植物细胞在果皮之下的表现。对于我们这个星球上的所有其他细胞而言也是同样的情况：尽管历经了一百多年的深入研究，它们的许多特性依然隐匿于细胞内部。

哥廷根大学的研究人员在他们近期的出版物中阐述了一种新的方法，此方法能够通过更细致的观察来确定细胞内部极其难以检测的机械特性，该研究发表于《自然材料》。

细胞是所有生命的基本单位，对它们的精准理解是医学和生物学取得进展的关键要素。然而，对它们的研究仍然充满挑战，因为许多分析方法在研究过程中会破坏细胞。哥廷根大学的研究人员当下提出了一个新构想：他们利用了所有微观粒子都存在的随机波动运动。

为了做到这一点，他们先是模拟了预期的波动，然后利用能够精准控制微粒的光学激光陷阱对预测结果加以检验。借助这种方法，研究团队得以对微观粒子的运动情况进行分析——精度可达纳米级别，时间分辨率约为 50 微秒。

此外，分析还将历史因素纳入了考虑范围，也就是过去的运动情况。结果表明，很多物体在随机移动之后，总是想要回到某个特定的位置。研究人员利用物体这种回到先前位置的倾向，定义了一个新的量，即所谓的平均回放松弛（MBR）。

如今，这个新变量充当了某种“指纹”：它涵盖了关于所观察到的运动成因的信息。这使得首次能够将主动过程与单纯依赖温度的过程（布朗运动）区分开来。

“借助 MBR，我们能从物体运动中获取比常规方法更多的信息，”哥廷根大学理论物理研究所的马蒂亚斯·克鲁格教授解释说。

为了对活细胞作出陈述，研究人员将该方法应用于活细胞内部。

“由于我们对细胞内部的了解仍然有限，起初并不清楚膜生物反应器（MBR）是否也能在此适用。当我看到所得曲线时，简直不敢相信自己的眼睛，因为利用我们最初为更为简单的情形所制定的方法，能够极为精准地描述细胞内部的情况，”实验负责人、第三物理研究所的蒂莫·贝茨教授惊叹道。

“结果表明，通过近距离观察以及新的智能分析方法相结合，能够洞察细胞内部是柔软的、坚硬的还是液态的。”该研究的第一作者、来自第三物理研究所的蒂尔·缪克尔说道。

更多信息：蒂尔·M·缪克尔等，《利用被动测量获取人工和生物系统的活性及粘弹性特性》，《自然·材料》（2024 年）。DOI: 10.1038/s41563-024-01957-2