我国首次实现细胞膜张力的动态可视化观察

近日，大连理工大学生物医学工程学院教授刘波团队在细胞膜张力的可视化研究方面取得突破。该研究结果首次实现了细胞膜张力的动态可视化观察，并证明了定向应力作用下细胞极性变化并非由细胞膜张力的非均匀分布所引起，而应由细胞膜下其他结构对力的非均匀传递直接导致。

刘波团队借助荧光共振能量转移技术，构建能够特异性与细胞膜上的脂筏区域和非脂筏区域锚定的张力检测探针。该探针能够在活细胞内可视化观察剪切应力作用下细胞膜张力的动态变化过程，精度达到pN量级。

机械力对细胞的定向迁移和极性变化等有重要作用，但其极性的发生机制仍不清楚。刘波假设这种极性是外界应力在细胞内沿特定结构直接传递至特定位置，引起局部蛋白活化所致。细胞膜是应力传递的首要环节，其张力分布的不均匀性可能是细胞极性变化的根源。但由于缺乏合适的探针，这种假设尚未得到有效验证。传统的微管吮吸技术、光镊、磁镊等虽然能够测量细胞的表面张力，但是不能实时提供张力变化的信息，而且空间分辨率比较差。

鉴于上述难题，团队对诺贝尔化学奖得主钱永健的研究作了进一步的拓展，将一段具有pN灵敏度的蛛丝蛋白嵌入两个荧光蛋白之间，构成能够与细胞膜锚定的FRET探针。利用该探针，发现在定向的剪切应力作用下，细胞膜张力呈现两端小、中间大的非均匀性分布，而且膜张力会随着细胞膜流动性的增加、微丝骨架的破坏而变大，但并不会出现上下游的极性差异。

据悉，该研究工作得到了国家自然科学基金（31670867，31670961）及中央高校基本科研业务费（DUT15LK16）的资助，大连理工大学生物医学工程学院硕士研究生李旺为论文第一作者，刘波为该文的通讯作者。（胡馨）