当最好的工具不能胜任这项工作时，工程师会找出方法来构建新工具。特拉华大学生物医学工程学助理教授约翰·斯莱特(John Slater)就是采用了一种称为牵引力显微镜(TFM)的技术，科学家，工程师和生物物理学家通常使用这种技术来测量细胞在周围环境中产生的力。

今年早些时候，Slater，生物医学工程学博士生Omar Banda和特拉华生物技术研究所生物成像中心副科学家Chandran R. Sabanayagam 在ACS Applied Materials&Interfaces杂志上描述了他们如何开发新的无参考TFM平台，使研究人员能够使用在更少的时间内完成更多的测量。

此外，Slater和Banda编写了分步协议，概述了如何使用两次光子激光扫描光刻制造新的TFM平台以及如何实施他们开发的用于获取高通量细胞测量的软件，该协议已于10月在可视化实验杂志。

斯莱特说：“这是解决长期存在问题的一种非常优雅的工程解决方案。”

牵引力显微镜

人体包含约37万亿个细胞。在每个组织中，细胞通过细胞外基质(一个包含水，蛋白质和酶的分子网络)支撑在一起，以支持细胞。

斯莱特说：“单个细胞具有肌动蛋白应激纤维，当这些纤维收缩时，细胞就会拉动基质。” “它在基质上的拉力-它产生的总力 -确实会影响其行为。” 这种细胞与环境的相互作用在调节细胞命运方面起着重要作用，并使细胞能够感知并反应其局部环境的物理特性。

UD研究小组通过跟踪这些荧光标记物的运动来测量每个细胞产生的力。图片来源：特拉华大学

斯莱特研究细胞如何与周围环境相互作用，特别关注物理相互作用如何影响细胞行为，并且像该领域的许多科学家一样，他也依赖TFM。在传统的TFM中，荧光纳米球被添加到柔性水凝胶中。当细胞附着到凝胶表面并拉动凝胶表面时，用户会拍摄图像以显示细胞的受力状态。然后，去除或放松细胞，并拍摄第二张图像。通过测量荧光颗粒在两个图像之间移动了多远，用户可以计算出细胞产生的应力和作用力。

传统的TFM有一些缺点。吞吐率相当低，通常仅允许在合理的时间内测量少数细胞，并且通常必须破坏或移除所测量的细胞以产生无细胞的参考图像，以进行应变测量和测力计算。

Slater决定构建更好的，无损的东西，并适合更高通量的测试。他说，该团队开发了一种在内置零应力状态下执行TFM的方法，因此您不必在没有细胞的情况下收集参考图像。为此，他们使用图像引导的双光子激光扫描光刻技术将荧光标记物置于凝胶内的高度规则的三维阵列中。

斯莱特说：“采用传统的方法，您只需将球体放入其中，就无法控制它们的位置。它们无处不在。” “这就是为什么您必须删除或放松细胞以获得零应力状态的原因。对于我们来说，我们确切地知道标记的位置，因此即使在受到压力的情况下，我们也知道其原始非受力位置在哪里，因为这样常规数组。”

这样可以进行更高通量的测量。例如，该团队最近在很短的时间内测量了60多个单元产生的力。

他说：“我们的目标是将其与免疫荧光等其他检测方法相结合，因为这些细胞无需去除或放松。” “我们正在使用它来了解细胞产生的力在调节细胞命运中所起的作用，重点是干细胞分化，癌细胞行为和血管功能。”

在2018年，Slater因这一研究领域而获得了生物医学工程学会细胞与分子生物工程特别兴趣小组授予的新星奖。