新的电磁装置可以将力学生物学研究进展推向临床领域

研究人员表示，一种能够对广泛的软生物组织进行高精度测量的新型电磁设备在机械生物学领域建立了新的精度标准。该方法允许对人体活检样本大小的组织进行机械测试，使其特别适用于人类疾病的研究。

身体的软组织表现出广泛的机械性能，例如刚度和强度，这对于发挥其功能至关重要。例如，胃肠道组织柔软，可以运输和消化食物，而肌腱则相对较硬，可以将力从肌肉传递到骨骼，从而使我们能够移动。

准确测量这些组织的机械特性的能力，这些组织在发育过程中或因疾病而发生变化，对生物学和医学领域具有深远的影响。测量这些特性的方法目前还不充分，而且它们的准确性和可靠性仍然有限——直到现在。

剑桥大学和麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)的研究人员参与的一项新研究产生了一种依赖磁驱动和光学传感的设备，因此有可能在倒置显微镜下对组织进行实时成像。这样，就可以在细胞和分子水平上深入了解组织在机械力作用下的行为。结果发表在《科学进展》杂志上。

电磁铁对安装在设备上的组织标本施加拉力，而光学系统则测量标本的大小或形状变化。

“对软生物组织进行机械测试的最关键要求之一是需要尽可能接近地模拟生物标本的生理条件(例如，温度、营养素)，以保持组织存活并保持其生物力学特性，”领导研究团队的生物工程副教授蒂埃里·萨文博士说。

“为此，我们设计了一个透明的安装室来测量组织在其天然生理和化学环境中的机械特性——以毫米为单位。结果是一种更加通用、精确和坚固的设备，显示出高可靠性和可重复性。“

为了直接评估其电磁装置的性能，研究人员对小鼠食道及其构成层的生物力学进行了研究。食管是连接喉咙和胃的肌肉管，由多层组织组成。研究人员使用该设备对小鼠食管组织的三个单独层中的每一层进行了首次生物力学研究。

他们的发现表明，食道的行为类似于一种三层复合材料，类似于几种工程应用中常用的材料。据研究人员所知，这是对食道每一层的机械特性的初步了解。

“我们的研究证明了电磁设备的可靠性增强，应力应变响应的误差低于15%——这是以前从未见过的精度水平，”WellcomeTrust/英国癌症研究所Gurdon的博士后研究员AdrienHallou博士说研究所。“我们希望该设备最终可能成为组织生物力学领域的新标准，为全面表征小鼠和人体软组织力学提供标准化数据集。”

卢卡·罗莎莉亚博士IMES的候选人补充道，“通过分析健康组织的生物力学及其在疾病期间发生的变化，我们的设备最终可用于识别与诊断相关的组织特性的变化，因此成为告知临床的有价值的工具决定。”