脆弱的白血球在應對威脅時能迅速變形為高度堅硬和粘稠的細胞

就像一個訓練有素的士兵一樣,白血球利用專門的能力來識別並最終消滅危險的入侵者,包括創造一個突起物來有效地伸出、鎖定、探測並可能攻擊其獵物。在《生物物理學雜誌》上報告的研究人員詳細表明,這些細胞需要幾秒鐘的時間才能蛻變成這些高度堅硬和粘稠的防禦單元。

高級作者朱利安-胡森(Julien Husson)是巴黎附近理工學院的一名生物物理學家,他和合作者先前表明,某些白細胞,即T細胞,可以通過專門的連接感知到威脅。為了施加這種力量,一個細胞必須重組其內部結構,使自己變得更加強大。在目前的研究中,Husson的團隊設計了一個微吸管流變儀來測量白血球在轉變過程中的硬度和粘度。研究人員的目標是量化白細胞在推動或拉動異物時產生的物理變化–在這種情況下,是一個塗有化學品以吸引細胞的珠子。

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一個白細胞產生了一個突起,以伸向一個異物

Husson說:”我們知道,在形成和使用其突起時,細胞正在強烈地重組其細胞骨架,而這種細胞骨架在賦予細胞其機械特性方面起着重要作用。所以,我相信應該有一些標誌性的機械痕迹。”

剛度是衡量一種材料在一定壓力下的變形程度,而粘度是指材料在這種壓力下的變形速度。因此,為了同時測量白血球的這些特性,同時激發細胞的免疫反應,該團隊需要一個實驗裝置,能夠以某種方式保持和改變細胞上的力量,同時使其做出反應,就像它遇到了威脅一樣。

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研究人員的解決方案是施加一個力,該力圍繞一個恆定的平均值小心翼翼地擺動。細胞的硬度是通過振蕩引起的微小變形計算出來的,而粘度則是通過振蕩和產生的變形之間的延遲計算出來的。同時,施加力的物體是一個塗有抗體的珠子,這導致細胞被激活,改變形狀,並粘附在珠子上。

Husson說:”儘管預期會有一些機械變化,但我們發現的是令人驚訝的戲劇性。該團隊研究了三種類型的白細胞,並發現在所有情況下,細胞的硬度和粘性在接觸珠子的幾秒鐘內就開始變化,並在幾分鐘內增加到十倍。”

“有趣的是,機械變化甚至在任何形狀變化之前就開始了。”這喚起了一個問題,即白血球機械特性的這些重大變化是否只是其他功能的結果,還是有其自身的效用。

這個問題的答案可能在於該研究的另一個結果。Husson及其同事發現,一個細胞的硬度和粘度一起變化,以一個固定的比例,這對其它細胞類型來說是獨一無二的,就像一種機械指紋。

該論文的結果表明了一種潛在的物理機制,可以廣泛適用於各種細胞類型,並可以帶來新的模型與理論,最終更好地理解和控制我們的細胞,在我們的免疫系統和其他。

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