研究人员现在可以可视化活组织中的渗透压

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项挑战。

在起源于加州大学圣塔芭芭拉分校的研究中，现在德国德累斯顿工业大学（TU Dresden）卓越生命物理学集群（PoL）的科学家们在《自然通讯》杂志上报告了一种新技术，可以在生物体发育时“可视化”这些压力。这些测量可以帮助了解细胞和组织如何在压力下生存，并揭示调节压力的问题如何导致疾病。

当溶解在水中的分子被分离成不同的隔室时，水倾向于从一个隔室流向另一个隔室以平衡其浓度，这一过程称为渗透。如果某些分子不能穿过将它们分开的膜，则压力不平衡（渗透压）会在隔室之间形成。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，维持健康运作的有机体也被列入名单。

我们的细胞不断地将分子移入和移出，以防止压力积聚压碎它们。为此，他们使用分子泵来控制压力。这种渗透压会影响细胞生命的许多方面，甚至决定它们的大小。

当细胞联手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，对器官造成潜在的灾难性后果。要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，必须测量和“观察”活组织中的渗透压。但不幸的是，这是不可能的。

直到现在。

在前UCSB教授Otger Campàs的领导下，他现在是德累斯顿工业大学组织动力学主席，目前是PoL的董事总经理，科学家们设计了一种新技术，通过使用称为液的特殊液滴来测量活细胞和组织中的渗透压。对于这种压力传感器，他们将水滴引入油滴中，使水流过。当这些“双液滴”暴露于不同浓度的盐溶液中时，水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，渗透压可以通过简单地检查液滴大小来测量。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。

“事实证明，动物组织中的细胞具有与植物细胞相同的渗透压，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，因为它们没有刚性的细胞壁，”Campàs说。

有了这个简单的概念，这种巧妙的方法现在允许科学家在广泛的环境中“看到”渗透压。“我们知道有几个物理过程会影响我们身体的工作，”坎帕斯说。“ 特别是，众所周知，渗透压在胚胎发生过程中器官的构建中起着重要作用，并且在维持健康的成年器官方面也起着重要作用。有了这项新技术，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外，这种方法还具有很有前途的工业和医学应用，包括监测皮肤水合作用、乳膏或食品的表征以及诊断已知具有渗透压失衡的疾病，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。

 Campàs的实验室之前开发了独特的技术来测量细胞在组织内部产生的微小力，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、微流体技术专家安托万·维安（Antoine Vian）强调了它们的关键作用。

“液用途广泛，在科学和技术上有许多不同的应用，”他说。“单个液滴可以变形，但不可压缩，不允许测量压力。相比之下，液液滴可以改变大小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和令人兴奋的发现。