來自美國加州大學洛杉磯分校亨利-薩繆理工程與應用科學學院的研究人員證實利用比人頭發(fā)寬度小大約1000多倍的微小磁性納米顆粒，他們就能夠操縱上千種如何發(fā)生分裂、改變外形和產生指狀的擴展。研究人員說，這種新的工具能夠被用于發(fā)育生物學中來理解組織如何發(fā)育，或者用于癌癥研究中來發(fā)現(xiàn)癌細胞如何移動和入侵周圍的組織。相關研究結果于10月14日刊登在Nature Methods期刊上。

細胞被認為是一種復雜的生物機器，能夠各種各樣的“輸入(input)”和產生特異性的“輸出(output)”，如生長、運動、分裂或產生分子。除了輸入之外，細胞也對輸入的位置極其敏感，這部分上是因為細胞進行“空間復用(spatial multiplexing)”：在細胞內不同的位點利用相同的基礎生物化學信號執(zhí)行不同的功能。

理解這種信號的定位是特別充滿挑戰(zhàn)性的，這是因為科學家們缺少分辨率足夠高的工具來控制細胞微小環(huán)境內的功能。鑒于每個細胞作出的反應能夠發(fā)生變化，因此任何有用的工具將能夠同時干擾具有類似特征的很多細胞從而使得它們作出的反應得到準確的分布。

為解決這種問題，包括生物工程副教授Dino Di Carlo、博士后學者Peter Tseng和電子工程教授Jack Judy在內的一個來自加州大學洛杉磯分校的跨學科研究小組開發(fā)出一種平臺來精確地操縱形狀均一的細胞內部的磁性納米顆粒。這些納米顆粒產生一種局部的機械信號和產生來自細胞的不同反應。

為了獲得這種平臺，一旦細胞吞入這些小的顆粒(每個顆粒的尺寸為100納米)，研究小組首先不得不克服通過細胞的黏性內部來移動這些納米顆粒的挑戰(zhàn)。利用能夠讓磁性材料啟動和關閉的鐵磁技術，研究小組開發(fā)出一種方法來讓由小的鐵磁塊組成的網(wǎng)格嵌入在微型玻璃載片上和利用附著到細胞上的蛋白精確地放置單個細胞到這些鐵磁塊的附近，其中這些鐵磁塊攜帶有附著到細胞上的蛋白圖案。

當加入一種外在磁場到這種系統(tǒng)中時，這些鐵磁塊就被啟動，因而能夠在特定的方向拉動細胞內的這些納米顆粒，從而均勻地讓它們對齊。這樣，研究人員就能夠同時引導和控制上千個細胞。

利用這種平臺，這個研究小組證實細胞以幾種方式(包括它們分裂的方式)對這種局部的磁力作出反應。當細胞進行復制而產生兩種子細胞的過程時，分裂軸依賴于這種細胞的形狀和它附著到表面上的錨定點。研究人員發(fā)現(xiàn)細胞內納米顆粒產生的磁力能夠改變細胞分裂軸，以致于細胞沿著磁力的方向進行分裂。

研究人員說，這種對磁力的敏感性可能有助于人們認識胚胎發(fā)育期間組織形成和伸展。除了控制分裂軸之外，他們還發(fā)現(xiàn)納米顆粒誘導的局部磁力也能激活一種生物學程序，在這種程序中，細胞產生絲狀偽足。利用這些絲狀偽足，細胞就能夠找到附著的位點。