研究人员开发了测量细胞间液体压力和流量的工具

为了生存，生物体必须控制其内部的压力，从单细胞水平到组织和器官。在生理条件下测量活细胞和组织中的这些压力是一个挑战。

德国德累斯顿工业大学 (TU Dresden) 卓越生命物理集群 (PoL) 的科学家们在源自加州大学圣塔芭芭拉分校的研究中，在《自然通讯》杂志上报告了一种“可视化 ”新 技术这些压力是随着生物体的发育而产生的。这些测量可以帮助了解细胞和组织如何在压力下生存，并揭示压力调节问题如何导致疾病。

当溶解在水中的分子被分成不同的隔室时，水倾向于从一个隔室流到另一个隔室以平衡它们的浓度，这一过程称为渗透。如果某些分子无法穿过分隔它们的膜，则会在区室之间形成压力不平衡(渗透压)。这一原理是许多技术应用的基础，例如海水淡化或保湿霜的开发。事实证明，维持健康的机体功能也榜上有名。

我们的细胞不断地将分子移入移出，以防止压力增大而压碎它们。为此，他们使用分子泵来控制压力。这种渗透压影响细胞生命的许多方面，甚至决定它们的大小。

当细胞联合起来构建我们的组织和器官时，它们也面临着压力问题：我们的血管系统或胰腺或肝脏等器官包含充满液体的腔体，称为管腔，这对于它们的功能至关重要。如果细胞无法控制渗透压，这些管腔可能会塌陷或爆炸，给器官带来潜在的灾难性后果。为了了解细胞如何调节这些组织中的压力，或者它们在疾病中如何无法调节压力，有必要测量和“查看”活体组织中的渗透压。但不幸的是，这是不可能的。

到目前为止。

在前 UCSB 教授Otger Campàs(现任德累斯顿工业大学组织动力学系主任、PoL 董事总经理)的领导下，科学家们设计了一种新技术，通过使用称为“ 双乳液。对于这种压力传感器，他们将水滴引入到油滴中，从而允许水流过。当这些“双水滴”暴露在不同浓度的盐溶液中时，水会流入和流出内部水滴，改变其体积，直到压力平衡。研究人员表明，只需检查液滴大小即可测量渗透压。然后，他们使用玻璃微毛细管将这些双液滴引入活细胞和组织中，以揭示它们的渗透压。

坎帕斯说：“事实证明，动物组织中的细胞与植物细胞具有相同的渗透压，但与植物不同的是，它们必须不断地与环境保持平衡，以避免爆炸，因为它们没有坚硬的细胞壁。”

有了这个简单的概念，这种巧妙的方法现在可以让科学家在各种环境下“看到”渗透压。“我们知道有几个物理过程会影响我们身体的运作，”坎帕斯说。“尤其是，众所周知，渗透压在胚胎发生过程中的器官构建以及维持健康的成人器官中发挥着重要作用。通过这项新技术，我们现在可以研究渗透压如何直接影响活组织中的所有这些过程。”

除了提供对控制生命的生物过程和物理原理的见解之外，该方法还具有广阔的工业和医疗应用前景，包括监测皮肤水合作用、乳霜或食品的表征以及已知渗透压失衡的疾病的诊断，例如心血管疾病或肿瘤。该技术的专利目前由加州大学圣巴巴拉分校颁发，坎帕斯在加入德累斯顿工业大学之前在那里进行了研究。

坎帕斯的实验室此前开发了 独特的技术来测量细胞在组织内产生的微小力 以及使用微小的单个液滴的其他物理特性。该研究的主要作者、微流体学专家 Antoine Vian 强调了它们的关键作用，微流体学技术能够产生双乳液液滴。

“双乳液用途非常广泛，在科学和技术领域有许多不同的应用，”他说。“单个液滴可以变形，但不可压缩，并且不允许压力测量。相比之下，双乳液液滴可以改变尺寸并用作渗透压传感器。它们在生命系统中的使用肯定会带来新的、令人兴奋的发现。”

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