光子晶体生物力显微镜揭示银屑病患者皮肤杨氏模量异常：机械力-化学级联信号在发病过程中的关键作用

发布人：张少华发布时间：2024-08-02 动态浏览次数:58

近日,东南大学器官芯片研究院顾忠泽、李奇维师生团队开发的光子晶体生物力显微镜技术在组织力学研究领域取得突破。该技术利用光子晶体水凝胶将组织切片的微纳米变形转化为光谱变化,实现了高通量、高分辨率的组织硬度成像。

与传统的原子力显微镜(AFM)相比, 光子晶体生物力显微镜在通量和视野上具有显著优势。AFM每次测量只能获得单个点的数据,而光子晶体生物力显微镜可以同时测量一个面的数据,在一次测量中获得大面积的硬度分布图。这一特性使光子晶体生物力显微镜成为研究组织力学特性的理想工具,为多种疾病的机制研究和诊断提供了新的思路。

最近, 光子晶体生物力显微镜技术在银屑病研究中取得了重要进展。2024年7月,重庆大学雷明星教授团队与重庆医科大学附属第一医院陈瑾教授团队、东南大学生物科学与医学工程学院顾忠泽教授团队以及中国医科大学附属第一医院皮肤科高兴华教授、徐学刚教授团队合作,利用光子晶体生物力显微镜技术首次对比检测了银屑病患者和健康人群皮肤的杨氏模量。研究发现,银屑病患者皮损区真皮-表皮连接处的基质刚度显著高于正常皮肤。这一发现为理解银屑病发病机制提供了新视角,相关研究成果已发表在国际知名期刊《Cell Reports》上。

图1. 光子晶体细胞力显微镜对比人类健康皮肤和银屑病皮肤的基质刚度

研究团队进一步采用单细胞RNA测序和空间转录组学分析等技术,深入研究发现皮肤刚度的增加与树突状细胞(DC)分泌的LGALS9蛋白和真皮成纤维细胞表面的CD44受体相互作用密切相关。这种相互作用导致细胞外基质(ECM)表达增强,从而改变了皮肤的力学特性。在咪喹莫特诱导的小鼠银屑病模型和皮肤器官模型中的实验进一步验证了这一发现。

图2. DC和成纤维细胞介导的力-化学信号通路促进银屑病进程

光子晶体生物力显微镜技术在本研究中的成功应用展示了其在生物医学研究领域的巨大潜力。这种高通量、高分辨的组织力学测量方法不仅在银屑病研究中发挥了重要作用,未来还可能应用于其他疾病的组织力学研究和诊断评估,为多种疾病的机制研究和诊断提供新的思路。

东南大学器官芯片研究院依托数字医学工程全国重点实验室、生物科学与医学工程学院等多个学院学术资源,建立面向国家重大需求和世界科技前沿的新型科研机构。研究院围绕生物器件设计自动化、器官芯片药理毒理学、器官芯片组学大数据、器官芯片大模型四大研究方向,以人体器官芯片与医学人工智能为核心,以确立药物研发新范式为目标,建设世界一流的器官芯片研究机构,进一步打造成为高水平研究和高层次人才的集聚地和生物医药新质生产力的策源地。光子晶体生物力显微镜技术的开发是研究院在生物器件设计自动化方向/器官芯片组学大数据的重要成果之一,为器官芯片研究提供了强有力的工具支持。

论文地址：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(24)00842-8