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“我们选择在常州开展生物力学的研究是一种回归。这片沃土曾走出去一位世界级‘巨匠’，那便是“生物力学之父”冯元桢先生。”常州大学生物医学工程与健康科学研究院院长邓林红教授对DeepTech说道。某种意义上，中国的生物力学与江苏常州有着深厚的渊源，除冯元桢先生外，陶祖莱、庄逢源、陈槐卿等国内老一辈生物力学开拓者也都是常州籍。而近期，来自常州大学的邓林红教授团队的微弦技术再续“地缘”，推助中国在对超软细胞微组织生物力学研究上取得新突破。超软组织的生物力学研究长期缺乏有效测量手段在生物组织中，超软组织的力学变化监测对于胚胎发育、癌细胞转移等重要生理病理过程的理解至关重要。如根据世卫组织数据，癌症是全球第二大死因，全球大约六分之一的死亡由癌症造成。每年导致约千万人死亡的癌细胞实际上是一类“失控”的细胞。人体内数十亿细胞在精巧绝伦的控制下有条不紊地维持着生命的运转，而一旦细胞失控，入侵邻近器官并且扩散到其他组织中，便会危及生命，这就是所谓癌症。癌细胞转移是癌症死亡的主要原因，癌细胞在转移的过程中会产生由“硬”变“软”的力学变化，其入侵的组织器官内部环境同样会发生力学变化，这些力学变化在生物组织形态发生和重塑中发挥独特作用，理解其发生发展机制是设计有效治疗方案的关键，因此成为近年来的研究热点。然而，超软组织大幅度收缩的生物力学行为及其调控机制的研究进展非常缓慢，这主要因为学界长期缺乏对超软组织收缩力精确测量的技术手段，目前的力检测装置在测量过程中对细胞产生不可忽略的反作用力，干扰组织本身的自然收缩过程，因此不适用于超软组织的力学测量。针对这一技术难题，邓林红教授团队设计并制备了一种高灵敏性的微弦（microstrings）力学测量装置，通过在微弦上构建三维细胞微组织，实现了对细胞微组织变形过程中作用力变化的实时测量。目前，利用这一独创的测量技术，研究团队能够在不妨碍微组织大规模收缩的情况下检测其收缩力，同时还发现在一定力学边界条件范围内微组织收缩过程中维持其应变所需收缩力的差异可以达到7倍以上。此外，研究还证实微组织的收缩力主要由细胞收缩力和胶原基质张力构成。图

本次论文的通讯作者邓林红教授与其他老师、学生在实验室（来源：受访者）“我们的研究不仅发现了细胞微组织在不同力学边界条件下的力学响应差异非常巨大，还证实了细胞的力学响应受到基质硬度和外界力学边界条件的共同影响，更首次揭示了超软组织收缩过程中细胞收缩力与基质张力之间的动态变化关系。”邓林红对DeepTech说道。微弦测量装置可灵敏地测量超软微组织收缩过程中的细胞收缩力与基质张力及其动态变化关系邓林红团队制备了具有高灵敏度的微弦，经过特殊设计，该聚合物具有低弹性系数和大可变挠度的优点，他们穿过两根微弦，在其上培养了三维成纤维细胞微组织，细胞在收缩变形的过程中能够牵引导致两跟微弦产生微妙的距离变化，而反作用力则小到可以忽略不计。通过测量微弦间距及其偏转，即能实时跟踪观察微组织的收缩过程中产生的力学变化。图

微弦（来源：PNAS）观察发现，微组织细胞收缩力与其力学边界条件呈负相关，维持变形所需的收缩力相差巨大。同时，研究证实微组织的收缩力由细胞和胞外基质产生，在超软微组织（Pa）中，随着组织的逐渐硬化，细胞所产生的力逐渐减小，而胞外基质张力所占比例则逐渐增大。此前因为缺乏有效测量手段，研究者从未观察到这些现象。这一次，邓林红团队通过独创技术证实了细胞微组织在不同力学边界条件下显著的力学响应差异，并首次揭示了超软组织收缩过程中细胞收缩力与基质张力之间的动态变化关系，这些新发现有助于进一步理解组织发育和维持过程中超软细胞体系的力学调控机制，从基础研究到应用研究都有很好的应用场景，包括胚胎发育、组织工程与再生医学、相关药物的筛选和研发等领域。例如，应用到药物筛选方面，通过该技术，不仅能够监测到药物对生物信号的影响，还可观察到对组织以及肿瘤细胞的力学性质的抑制作用等。邓林红团队下一步将会重点将其用在呼吸道疾病的研究上。他表示，过去人们对呼吸道的疾病重视程度不够，因为这类疾病通常不会瞬间致命，这导致学界对呼吸道疾病的病理机制和治疗方法的研究相对不足。随着新冠病毒的爆发和肆虐，呼吸系统疾病成为全球最为

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