就像很小的建筑工人一樣，細胞在3D空間中“構建”胚胎組織和器官。這是一項復雜的任務，需要細胞之間進行不斷的溝通，協調它們的動作，產生形成復雜組織形態的機械力。

長期以來，生物學家一直在研究，這些結構形成時細胞和它們的行為之間的聯系，但是直到現在，還沒有發現細胞產生用來形成這些結構的力。目前，一種全新的方法，能夠量化細胞形成組織時所運用的力，可有助于回答生物界這些長期懸而未決的問題，為醫學提供新的診斷工具。

這項新技術，最初由Otger Campàs和Donald Ingber在哈佛大學Wyss研究所開發，是第一種測量細胞在活體胚胎中所產生的機械力的技術。Campàs目前是UC圣巴巴拉分校系統生物學助理教授，他帶領其研究團隊，從幾個全新的角度，開發了這種液滴技術，將其用于發現形成魚和雞胚胎結構的細胞力的模式。

Campàs說：“很多人對‘遺傳學和力學如何相互作用來形成胚胎組織’非常感興趣。我相信，這種技術將能幫助很多科學家探索機械力在胚胎發生，更普遍的，在生物學中的作用。”

到目前為止，絕大多數關于細胞力如何影響細胞行為的知識，來自對體外細胞的研究——通過培養使細胞與其自然環境脫離。利用軟凝膠基質或凝膠模型，研究人員已經能夠測量這些細胞在培養皿中移動時的牽引力。然而，對細胞形成胚胎組織和器官時產生的力，以及這些力在其自然環境下如何影響細胞行為，幾乎還一無所知。

Campàs說：“總的來說，細胞在胚胎內表現出與培養皿中不同的行為。“他補充說，一些行為可能是相似的，但是其它許多并不相同。根據環境，細胞以各種不同的方式作出反應。

哈佛大學Wyss研究所主任Donald Ingber說：“這不可能證明，活體內的力學和行為之間有直接的因果關系，因為我們以前沒有任何方法能夠量化3D活體組織中特殊位置的力的水平。現在，這種方法能允許我們進行這些測量，我希望它能將力學生物學帶到一個全新的水平。”

為了測量這些微小的細胞力，Campàs和Ingber利用一種特殊的微小液滴。一旦液滴被固定和控制其表面張力，液滴的表面化學被修改，能允許活細胞吸附。它也被貼以熒光標簽，使觀察者能夠看到其形狀。當細胞在一個液滴上推拉時，它們使液滴變形，這種變形使我們能夠直接“讀取”細胞運用的力。

Campàs和Ingber指出，利用這種技術，可以在不同的條件下測量細胞力，例如3D細胞聚集或在活小鼠下頜骨。這項研究發表在12月8日的Nature Methods雜志上。

這種方法，能幫助回答生物學家們數十年來一直試圖解答的問題：細胞產生了什么力來形成胚胎組織和器官？在細胞的自然環境——活體胚胎中，這些力如何影響細胞行為和基因表達？

Campàs說：“了解細胞如何形成胚胎結構，需要測量這些結構被形成時細胞力的模式。如果你從胚胎中取出細胞置于培養皿中，你就再也沒有組織或器官結構了。”

通過觀測培養細胞成熟后的行為所獲得的知識，可能帶來關于更多情況包括出生缺陷或腫瘤生長和轉移的進一步的知識。此外，這種方法也能為組織的組成細胞所運用的力失衡而引發的疾病，帶來深刻的見解。Ingber說：“這些例子包括哮喘病的氣道平滑肌細胞的超收縮、高血壓的血管平滑肌細胞、攣縮和疤痕中的皮膚結締組織細胞等，以及心力衰竭中的心肌細胞的低收縮性等等。”調查組織剛度和收縮背后的力，也有助于組織異常情況的診斷。