物理力的檢測是科學(xué)面臨的最復(fù)雜的挑戰(zhàn)之一。盡管牛頓的蘋果長期解決了引力問題，但對活細胞中的物理力進行成像仍然是當(dāng)前生物學(xué)的主要謎團之一。被認(rèn)為在許多生物過程中起決定性作用，不存在可視化物理力的化學(xué)工具。但今天，來自日內(nèi)瓦大學(xué)(UNIGE)和瑞士化學(xué)生物學(xué)國家研究能力中心(NCCR)的研究人員開發(fā)出了受龍蝦烹飪啟發(fā)的探針，它們可以進入細胞。物理力量第一次可以在細胞內(nèi)實時成像。這些結(jié)果是生命科學(xué)研究的轉(zhuǎn)折點，可以在美國化學(xué)學(xué)會雜志上找到。

自2010年創(chuàng)建以來，NCCR化學(xué)生物學(xué)的核心目標(biāo)之一就是解決細胞物理力的檢測問題。“我們制造張力探針的方法受到了烹飪過程中蝦，蟹或龍蝦顏色變化的啟發(fā)，”UNIGE科學(xué)系有機化學(xué)系教授，NCCR成員Stefan Matile說。在活蝦中，周圍蛋白質(zhì)的物理力使得類胡蘿卜素色素(稱為蝦青素)變平并極化，直至變成藍色。“在烹飪過程中，這些蛋白質(zhì)被展開，龍蝦色素可以恢復(fù)其天然的深橙色，”日內(nèi)瓦化學(xué)家繼續(xù)說道。被這些甲殼類動物吸引，

外力探測器證明了它們的價值

去年，NCCR團隊最終生產(chǎn)出第一個熒光探針，能夠?qū)ψ饔糜诨罴毎饽?稱為質(zhì)膜)的力進行成像。來自世界各地50多個實驗室的樣品請求立即響應(yīng)了這些結(jié)果的發(fā)布，證明了這一突破對生命科學(xué)的重要性。為滿足這一需求，UNIGE的力量探測器于去年年底以Flipper-TR®品牌推出。

細胞的內(nèi)力怎么樣?

在細胞外施加的力的研究不限于用于熒光成像的化學(xué)工具。細胞表面可用于物理工具，如微量移液管，光學(xué)夾具，原子力顯微鏡的懸臂等。“但這些物理工具顯然不適用于細胞內(nèi)力的研究，”生物化學(xué)系教授AurélienRoux說。在UNIGE科學(xué)學(xué)院和NCCR成員。“細胞器如線粒體，負(fù)責(zé)能量產(chǎn)生;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)合成;內(nèi)體，負(fù)責(zé)向細胞內(nèi)和細胞內(nèi)運輸物質(zhì);或核心，存儲遺傳信息，是外部物理工具無法觸及的范圍。 “

現(xiàn)在正在滿足生命科學(xué)中的這一根本挑戰(zhàn)。NCCR團隊由Stefan Matile，AurélienRoux和EPul物理研究所教授Suliana Manley領(lǐng)導(dǎo)，他們也是NCCR的成員，成功地將他們的力探針放入細胞并選擇性地標(biāo)記各種細胞器。例如，它們能夠顯示線粒體中開始分裂的緊張程度如何升高。“這是第一次，物理力量可以在細胞內(nèi)生活，”AurélienRoux興奮地說。這種新的化學(xué)工具最終使科學(xué)家能夠在很長一段時間內(nèi)實現(xiàn)他們想要做的事情。“這些新型探針現(xiàn)在為我們提供了解決機械生物學(xué)和革命性生命科學(xué)研究的機會，”Stefan Matile總結(jié)道。