在过去的几十年中，科学家们一直在寻找更为精确和敏感的方法来研究细胞与其环境之间的相互作用。尤其是细胞如何通过接触和机械力来“读取”并适应其外部环境的“软-硬”变化。这种细胞的“刚度感知”能力对于其正常的生理功能和在疾病状态下的行为至关重要。由于细胞与其环境之间的这种机械互动通常发生在非常微小的空间范围内，并伴随着微小的力(pN级别)，因此使用常规的生物物理方法来研究这些现象非常困难。尽管牵引力显微术（TFM）为我们提供了观察机会，但其力学和光学分辨率的局限性使我们难以深入理解分子层面的机械互动。另一方面，在过去的十年中，尽管有方法可以通过基于分子的“弹簧”（即分子张力探针）来量化pN级别的细胞力，但是这些研究主要集中铺展在玻璃上的细胞（因为更容易进行化学修饰），而这些与在软基质上的细胞有很大的不同。将这些方法扩展到与人体组织刚度更为接近的软水凝胶上是一个挑战，因为水凝胶的复杂化学和物理结构使得在其表面特异性地修饰分子张力探针具有挑战性。

近期武汉大学泰康生命医学中心PI（高等研究院）刘郑教授团队在《Nature Methods》在线发表题为“Hydrogel-based Molecular Tension Fluorescence Microscopy for Investigating Receptor-mediated Rigidity Sensing”的研究论文。在这项研究中，研究团队开发了一种可以探测细胞对ECM“软-硬”识别过程中的分子力图谱、分子力的动态频率、细胞的总牵引力以及力的方向等多维度的数据测量的实验方法，并发现不同类型细胞（成纤维细胞，肿瘤细胞以及T细胞）会以截然不同的力学策略来读取和响应ECM的刚性特征。这些研究为深入理解细胞刚度感应和机械信号传导的分子机制提供了全新视角。

基于水凝胶的分子荧光张力显微成像技术原理示意图

武汉大学高等研究院博士生王文旭、陈伟博士以及博士生吴朝阳为论文的共同第一作者，泰康生命医学中心刘郑教授为论文的通讯作者。本研究还得到了武汉大学医学研究院的姜恺教授以及武汉大学生命科学学院的张兴华教授以及张晨博士的大力支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41592-023-02037-0