_ Cuantică bazată pe diamant Microscopul de detectare oferă o abordare eficientă pentru cuantificarea forțelor celulare

Celulele se bazează pe interacțiunea constantă și pe schimbul de informații cu micro-mediul lor pentru a-și asigura supraviețuirea și a îndeplini funcții biologice. Prin urmare, cuantificarea precisă a forțelor mici de adeziune celulară, de la piconewtoni la câțiva nanonewtoni, este crucială pentru înțelegerea complexității modulării forței în celule.

În ultimele decenii, au fost dezvoltate cu succes diferite metode pentru măsurarea forțelor adezive celulare. În prezent, mai multe tehnologii de vârf, cum ar fi microscopia forței de tracțiune (TFM), penseta optică/magnetică și microscopia de fluorescență bazată pe tensiune moleculară (MTFM) sunt utilizate pe scară largă pentru măsurarea forțelor celulare.

Cu toate acestea, aceste tehnici au notabile limitări în ceea ce privește sensibilitatea și interpretarea datelor, care împiedică capacitatea noastră de a înțelege cuprinzător mecanobiologia. În plus, tehnica MTFM este împiedicată de natura stocastică a fotoalbirii cu fluorofor.

De aceea, este esențial să se dezvolte o nouă tehnică care să poată măsura cu precizie forțele de adeziv ale celulei într-o manieră fără etichete fluorescente. Acest lucru este crucial pentru avansarea domeniului mecanobiologiei.

Un proiect condus de profesorul Zhiqin Chu de la Departamentul de Inginerie Electrică și Electronică de la Universitatea din Hong Kong (HKU) și de profesorul Qiang Wei de la Universitatea Sichuan a aplicat eticheta -tehnologie de detecție cuantică gratuită pentru a măsura forța celulară la scară nanometrică. Acest lucru depășește limitările aparatului tradițional de forță celulară și oferă noi perspective în studiul mecanicii celulare, inclusiv influența forțelor de adeziune celulară asupra răspândirii celulelor canceroase.

Echipa de cercetare a dezvoltat o nouă tensiune moleculară de diamant îmbunătățită cuantic. Microscopie (QDMTM) care oferă o abordare eficientă pentru studiul forțelor de adeziune celulară. În comparație cu metodele de măsurare a forței celulare care utilizează sonde fluorescente, QDMTM are potențialul de a depăși provocări precum fotoalbirea, sensibilitatea limitată și ambiguitatea în interpretarea datelor. În plus, senzorii QDMTM pot fi curățați și reutilizați, îmbunătățind acuratețea absolută a comparării forțelor de aderență celulară din diferite probe.

Noua metodă schimbă fundamental modul de studiere a problemelor importante precum celulă-celulă sau celulă-material. interacțiuni, cu implicații semnificative pentru biofizică și inginerie biomedicală. Descoperirile au fost publicate în Science Advances, într-un articol intitulat „Quantum-enhanced diamond molecular tension microscopy for quantifying cellular forces.”

Echipa de cercetare a dezvoltat QDMTM combinând extensia polimerului (acționând ca o forță). traductor) indus de forțele celulare cu timpul de relaxare longitudinală al NV. Proprietățile cuantice unice ale spinurilor electronilor centrale NV în diamant servesc drept bază fundamentală pentru sensibilitatea și precizia fără precedent a QDMTM.

Unicitatea acestei inovații constă în utilizarea unui „transductor de forță”, care este un polimer sensibil la forță, capabil să transforme semnale mecanice în semnale magnetice. Măsurând modificările timpului de relaxare a spinului NV cauzate de zgomotul magnetic, pot fi determinate forțele de adeziv exercitate de celule asupra „transductorului de forță”. Tehnicile de măsurare existente nu pot măsura în mod eficient semnalele magnetice stocastice la scară nanometrică.

Tehnica inovatoare QDMTM oferă o abordare eficientă pentru studierea forțelor de adeziune celulară. Prin studiul lor, cercetătorii au reușit să diferențieze cu succes celulele în diferite stări de aderență și au descoperit că amploarea forțelor celulare în diferite regiuni celulare este aliniată cu constatările anterioare.

Acest lucru sugerează că metoda QDMTM este capabilă să măsoare cu precizie forțele de adeziune celulară. Următoarea fază a cercetării lor se concentrează pe extinderea senzorului cuantic de la diamant în vrac la particule de diamant la scară nanometrică, ceea ce va permite măsurarea forțelor celulare în orice direcție.

(Fluierul)