近日，大連理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授劉波團(tuán)隊在細(xì)胞膜張力的可視化研究方面取得突破。該研究結(jié)果實現(xiàn)了細(xì)胞膜張力的動態(tài)可視化觀察，并證明了定向應(yīng)力作用下細(xì)胞極性變化并非由細(xì)胞膜張力的非均勻分布所引起，而應(yīng)由細(xì)胞膜下其他結(jié)構(gòu)對力的非均勻傳遞直接導(dǎo)致。

劉波團(tuán)隊借助熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)，構(gòu)建能夠特異性與細(xì)胞膜上的脂筏區(qū)域和非脂筏區(qū)域錨定的張力檢測探針。該探針能夠在活細(xì)胞內(nèi)可視化觀察剪切應(yīng)力作用下細(xì)胞膜張力的動態(tài)變化過程，精度達(dá)到pN量級。

機(jī)械力對細(xì)胞的定向遷移和極性變化等有重要作用，但其極性的發(fā)生機(jī)制仍不清楚。劉波教授假設(shè)這種極性是外界應(yīng)力在細(xì)胞內(nèi)沿特定結(jié)構(gòu)直接傳遞至特定位置，引起局部蛋白活化所致。細(xì)胞膜是應(yīng)力傳遞的首要環(huán)節(jié)，其張力分布的不均勻性可能是細(xì)胞極性變化的根源。但由于缺乏合適的探針，這種假設(shè)尚未得到有效驗證。傳統(tǒng)的微管吮吸技術(shù)、光鑷、磁鑷等雖然能夠測量細(xì)胞的表面張力，但是不能實時提供張力變化的信息，而且空間分辨率比較差。

鑒于上述難題，團(tuán)隊對諾貝爾化學(xué)獎得主錢永健的研究作了進(jìn)一步的拓展，將一段具有pN靈敏度的蛛絲蛋白嵌入兩個熒光蛋白之間，構(gòu)成能夠與細(xì)胞膜錨定的FRET探針。利用該探針，發(fā)現(xiàn)在定向的剪切應(yīng)力作用下，細(xì)胞膜張力呈現(xiàn)兩端小、中間大的非均勻性分布，而且膜張力會隨著細(xì)胞膜流動性的增加、微絲骨架的破壞而變大，但并不會出現(xiàn)上下游的極性差異。