世界上最小的锤子可以帮助研究人员了解当力量应用于脑细胞时会发生什么

我们都非常熟悉当我们持续敲击头部时会发生什么：第一，听得太可听见的裂缝，可能伴随着一时的惊喜。然后，肿胀，如果我们幸运的话，只是轻微的撞击或刮伤。但是当我们撞到脑袋时，我们头骨的另一边会发生什么?如果我们的皮肤和肌肉受到撞击，可以擦伤，刮伤和切割相对坚硬的组织，那么构成我们大脑的海绵状凝胶状物质的细胞会发生什么?

这个问题出现在加州大学圣巴巴拉分校的研究人员Kimberly Turner，Megan Valentine，Adele Doyle和工业合作伙伴Owl Biomedical的脑海中，因为他们正在调查细胞水平 - 当机械力施加到脑细胞时会发生什么。在国家科学基金会的资助下，多学科团队将整合机械工程，生物物理学，神经科学和生物工程，以获得有关大脑对各种机械力的反应的基本知识。该项目是通过推进创新神经技术(BRAIN)倡议的联邦脑研究的一部分。

“机械力已被证明可以对细胞产生很大的影响，”专门研究微电子机械系统或微观机器的特纳说。特别是细胞干细胞不仅不是孤立的生命单元，而是从它们的环境中获取线索，例如，指导它们分化成一种细胞或另一种细胞，或开始愈合过程。

但是，理解个体神经细胞对力的反应的主要限制是无法可靠地对它们施加冲击或压力。

输入μHammer(“microHammer”)，这是一种细胞级机器，用于敲击，敲击，挤压和戳动个体神经祖细胞(以及后来的神经元和神经组织)以引发反应，然后进行研究和记录，以增加身体知识可以帮助解开大脑的奥秘。

顾名思义，这是一台小机器。事实上，它是世界上最小的锤子。模拟由Owl Biomedical开发的细胞分选技术(通常用于医学诊断和免疫疗法)，μHammer使单个细胞流过并使其中的每一个受到各种物理力之一的影响。

“这个项目将能够精确测量细胞受到机械载荷时发生的物理，化学和生物变化，从小扰动到高强度，高速撞击，”瓦伦丁说，他的实验室研究力如何影响生活材料。“我们的技术将提供比以前更高的力和更快的冲击周期，通过在微流体设备上构建这些工具，我们可以利用许多其他片上诊断和成像工具，并可以在测试后收集细胞长期研究。“瓦伦丁补充说，通过新的设备和方法，研究人员希望从创伤中获得脑损伤的原因和进展的基本新见解。

μHammer目前正在进行表征过程，因此可以测量和记录它可以应用的力的类型和大小，以预期第一组神经元粉碎实验。

通过这些实验获得的知识可以为更好地理解阿尔茨海默病以及创伤性脑损伤等神经疾病铺平道路，这是一种目前无法治愈且常常是阴险的疾病，影响到每个人，从士兵到接触运动的运动员，到任何人发生了意外。它还可以通过阐明例如哪种类型的力最大程度地影响神经细胞来更好地预防这种损伤，因此可以设计头盔以缓冲它们。

此外，根据瓦伦丁的说法，为该项目开发的工具将在脑细胞研究之外具有广泛的应用，并帮助研究人员深入了解力如何影响其他细胞和组织类型。

“我们的研究可以改变我们对细胞如何处理和响应基于力的信号的理解，”她说。“这些信号在健康组织的发育和伤口愈合中是必不可少的，并且在诸如癌症的疾病中被错误调节。”