基于原子力显微镜(AFM)的卵裂期海鞘胚胎单细胞流变学特性研究

为解决胚胎发育中细胞力学特性动态变化机制问题，研究人员采用应力松弛AFM和力曲线AFM技术，首次系统表征了卵裂期海鞘胚胎动物半球细胞的流变学行为。研究发现细胞遵循体外单细胞的幂律流变规律，其模量(刚度)随分裂进程增加而流动性(幂律指数)降低，揭示了细胞周期中三种流变状态及模量-流动性负相关的普适规律，为理解胚胎发生的物理机制提供新见解。

　　

在早期胚胎发育过程中，细胞分裂展现出高度有序的时空协调性。作为生命构建的基本材料，胚胎细胞的力学特性对揭示胚胎发生的物理机制至关重要。既往通过原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)研究发现，卵裂期海鞘胚胎单细胞在分裂过程中会发生刚度动态变化，但这类柔顺性材料如何在整个细胞周期中表现粘弹性特征仍缺乏系统研究。

本研究创新性地结合应力松弛AFM和力曲线AFM技术，定量解析了动物半球胚胎细胞在卵裂阶段的流变学特性。实验数据表明，发育中的单细胞遵循体外研究中观察到的幂律流变规律(Power-law rheology)。随着细胞分裂进程推进，细胞弹性模量(表征刚度)显著增加，而流动性(由幂律指数表征)则逐渐降低。研究团队首次识别出细胞周期中三种特征性流变状态，并通过构建主曲线(Master curve)发现模量与流动性呈显著负相关——这一规律与体外单细胞研究具有高度一致性，暗示胚胎细胞即使存在细胞间相互作用仍能保持流变行为的普适性特征。