新细胞透视术

　　使用光学激光陷阱观察细胞:它定位微观粒子，以便得出关于它们随机颤抖运动的结论。研究人员开发的一种新方法可以从这些运动中推断出细胞内部的硬度、柔软度或液体程度。一个研究小组开发了一种识别细胞特性的方法。

　　

看牛油果是硬的还是软的?这需要认识到植物细胞在皮肤背后的行为。这同样适用于我们星球上的所有其他细胞:尽管经过了100多年的深入研究，它们的许多特性仍然隐藏在细胞内部。Göttingen大学的研究人员在他们最近发表在《Nature Materials》杂志上的文章中描述了一种新方法，可以通过仔细观察来确定细胞内部特别难以检测的机械特性。

细胞是所有生命的基本单位，对它们的精确理解是医学和生物学取得进步的关键因素。然而，对它们的研究仍然具有挑战性，因为许多方法在分析过程中会破坏细胞。Göttingen大学的研究人员现在追求一个新的想法:他们利用所有微观粒子的随机波动运动。为了做到这一点，他们首先模拟了预期的波动，然后使用可以精确控制微粒的光学激光陷阱来检查预测。

利用这种方法，研究小组能够分析微观粒子的运动——精度在纳米范围内，时间分辨率约为50微秒。此外，分析还考虑到历史，即过去的运动。事实证明，许多物体在随机移动之后总是想回到某个地方。研究人员利用这种回到先前位置的倾向来定义一种新的量化，即所谓的平均回松弛(mean back relaxation，MBR)。

介绍平均回放松法(MBR)

这个新变量现在充当了一种指纹:它包含了观察到的运动的原因的信息。这使得第一次将活动过程与纯粹依赖温度的过程(布朗运动)区分开来成为可能。“有了MBR，我们可以从物体运动中获得比通常方法更多的信息，”Göttingen大学理论物理研究所的Matthias Krüger教授解释说。

为了对活细胞做出结论，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，最初还不清楚MBR是否也可以用于这里。当我看到结果曲线时，我几乎不敢相信自己的眼睛，因为细胞内部可以用我们最初为更简单的情况设计的方法来非常精确地描述，”来自第三物理研究所的Timo Betz教授惊奇地说，他是实验的负责人。

该研究的第一作者、来自第三物理研究所的Till Münker说:“结果表明，近距离观察和新的智能分析方法相结合，可以洞察细胞内部是软的、硬的还是液体的。”

这项工作由欧盟共同资助，作为ERC整合赠款的一部分。

参考文献: “Accessing activity and viscoelastic properties of artificial and living systems from passive measurement” by Till M. Muenker, Gabriel Knotz, Matthias Krüger and Timo Betz, 31 July 2024, Nature Materials.