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在主动脉平滑肌细胞中测量的纳米级力量讲述疾病的故事

2019-06-12 14:29:53 • 来源：

来自弗吉尼亚理工大学和匹兹堡大学的研究人员合作采用了一种新型纳米级纤维系统，可以极其精确地测量单个细胞施加的微小力。该团队希望这个研究人员称之为纳米力显微镜(NFM)的平台将提供有关平滑肌细胞生物学的新知识，这些知识可能对治疗心血管疾病有影响，而心血管疾病仍然是美国的主要死亡原因。

在主动脉平滑肌细胞中测量的纳米级力量讲述疾病的故事

使用该平台对细胞进行研究的结果发表在“细胞分子生物学”杂志的“Forces”期刊上，文章“人体主动脉单个平滑肌细胞中力量的纳米力显微镜”，2017年7月7日发表。

匹兹堡大学心胸外科助理教授Julie Phillippi说，这项研究的主要目标是为实验研究提供健康的人类患者平滑肌细胞，以量化健康细胞在各种压力条件下所经历的力量。纤维纳米网本身是在弗吉尼亚理工大学副教授，美国细胞生物学会成员Amrinder Nain的机械工程实验室设计的。Nain说，使用NFM测量的力包括细胞自身施加的力和环境对细胞施加的力。“在自然界中的一切发挥和经验物理力，”奈恩说。“这个平台同时测量两者。”

菲利皮说，以前的工作测试了整个主动脉组织的机械强度，了解单细胞生物力学是非常重要的。单细胞研究提供了对大多数细胞在其微环境中移动时所形成的所谓的粘着斑所涉及的蛋白质的深入了解。NFM组件旨在以尽可能生理学相关的方式模拟细胞外基质(ECM)的胶原纤维内的细胞 - 支持细胞在生物体中生长的基质。通过以受控和可重复的方式改变纤维直径，密度和间距来调整人造基质，以及使用来自不同疾病严重程度的患病细胞的细胞，将使Phillippi和Nain能够模拟细胞在许多现实情况下所经历的状况。

“我们已经密切关注ECM中的胶原蛋白和弹性蛋白纤维是如何排列的，微结构和一切都指向ECM中的微观结构缺陷，导致主动脉壁减弱和血管膨胀，” Phillippi。“我们不知道的是，这些ECM蛋白质是从出生开始就是这样排列的，还是随着时间的推移而发生的?或两者兼而有之?细胞发挥了什么作用?这个工程平台将允许我们回答其中的一些问题“。此外，Nain说，NFM可以揭示从同一患者或从具有相同疾病状态的单个细胞分辨率的不同患者获取的细胞的异质性。

Phillippi和Nain的后续步骤包括测试Pittsburgh团队来自患者的大型主动脉标本库，与匹兹堡大学心脏外科主任Thomas Gleason合作收集，建立了许多类型的基线力量数据库研究人员和临床医生可用于诊断和治疗疾病的细胞。Phillippi说：“该平台使我们能够创建具有多层复杂性的体外疾病模型。”

在更广泛的背景下，实现对纤维直径，间距和方向的精确控制以模仿天然纤维环境的能力将允许NFM询问细胞在发育，疾病和修复生物学中的推进和拉动。

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