Science期刊力证：免校准生物型光镊解锁细胞核力学感知奥秘，精准测量成关键！

组织的物理微环境在细胞发育和稳态过程中扮演着至关重要的角色。然而，单个细胞如何在机械应力和组织内物理空间限制下解 码自身几何形状信息的机制仍不甚明了。一项发表于《Science》的研究以斑马鱼为模型，揭示了细胞核作为细胞   "形态感知器" 的核心功能——通过弹性形变解 码机械信号，调控细胞收缩与迁移行为。而这一突破性发现的背后，西班牙Impetux公司研发的免校准生物型光镊-SENSOCELL发挥了关键作用，为活细胞内细胞器力学特性的精 准测量提供了强有力的技术支撑。

图1   免校准生物型光镊-SENSOCELL

聚焦核心应用：破解细胞形态感知的 "黑匣子"

研究发现，细胞核不仅是细胞内最 大的细胞器，更是细胞感知形状变化、调整行为策略的核心枢纽。细胞行为的变化与细胞核拉伸及内核膜（INM）展开密切相关，INM展开会通过激活胞质磷脂酶A2（cPLA2）和花生四烯酸（AA）代谢产物的生成，触发钙离子依赖的机械信号传导通路，进而调控肌球蛋白II活性，确立了细胞核作为细胞内机械测量仪的功能：既能检测形态形变，又能直接调控细胞形态动力学行为（图2）。

图2   细胞核作为细胞形变的弹性机械传导器，调控细胞动态行为

为直接测定细胞核的生物物理特性，研究组通过免校准生物型光镊-SENSOCELL测量了细胞核力学。将1 μm大小的乳胶微球注入单细胞期胚胎，这些微球在早期卵裂过程中分散至胚胎各细胞内部，作为细胞内力学探针用于测量细胞核的流变特性（图3A）。悬浮状态细胞与10 μm受限空间内细胞的梯形载荷（图3B-E）显示，外力作用后首先出现快速初始压痕并达到峰值力，随后松弛至非零恒定力平台期。悬浮细胞（t=6.08±1.1秒）与受限细胞（t=4.00±0.6秒）的松弛时间无显著差异（图3D-H），表明存在被动但快速的粘性成分松弛过程。而长时间尺度上的力平台期对应细胞核的弹性成分（图3I），与既往研究发现的细胞核 弹性特征相符，说明其可作为细胞应变传感器。此外可以观察到，在持续60分钟的机械性细胞形变测量期间（图3J），内核膜（INM）的展开状态保持稳定，证实内核膜拉伸不会随时间延长而发生松弛。

图3   使用光镊检测活细胞细胞核的机械性质

综上所述，细胞核如同细胞本体感觉的中 枢枢纽，就像人类感知自身姿势与运动那样，能够让单个细胞精确解读并响应其三维形态的变化。细胞受挤压时，其收缩性与迁移能力的快速提升，赋予了细胞一种迅捷的逃避反射：在受限环境中，细胞会发生极化并获得快速迁移表型，从而能够逃离狭小空间或拥挤的组织区域。因此，细胞核使细胞能够破译自身形态变化，并根据不同组织微环境调整自身行为。

Sensocell 光镊：解锁活细胞力学测量的 "利器"

要证实细胞核的力学感知功能，关键在于精 准测量活细胞内细胞核的力学特性（如弹性、粘性、形变稳定性）。而免校准生物型光镊-SENSOCELL凭借其特有优势，成为完成这一任务的核心工具：

• 可以对细胞内部的细胞器或者细胞核进行力学操控与测量

• 操作简单 对细胞无损伤

• 无需校准，直接测力

• 光阱数目高达256个

• 可以与现有的倒置显微镜或者转盘共聚焦显微镜（特定型号）进行联合

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关于 Impetux Optics S.L.

Impetux Optics S.L.是成立于西班牙的高端设备制造厂商，主要致力于光镊及荧光显微镜的研发及生产，其产品Sensocell一经推出，就受到了市场的极大关注和认可， 短短几年在全 球就有20多位用户，在Science，Nature Nano等顶 级期刊发表数十篇文章。

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Quantum Design中国是美国Quantum Design公司在全世界设立的诸多子公司之一。美国Quantum Design公司是先进科学仪器制造商，其研发生产的一系列磁学测量系统及综合物性测量系统已成为先进的测量平台。Quantum Design中国在全权负责美国Quantum Design公司本部产品在中国的销售及售后技术支持的同时，还积极 致力于和世界范围内物理、化学、生物领域先进科学仪器制造商进行密切合作，帮助中国市场引进更多全 球范围内的优秀设备和技术，助力中国科学家的项目研究和发展。

参考文献：

 [1]. Venturini, V., Pezzano, F., Catala   Castro, F., Häkkinen, H. M., Jiménez-Delgado, S.,   Colomer-Rosell, M., ... & Ruprecht, V. (2020). The nucleus measures shape   changes for cellular proprioception to control dynamic cell behavior.   Science, 370(6514), eaba2644.