机械力不仅存在于宏观世界中，也发生在显微镜下。观察和利用这些微小的作用力帮助人们了解免疫细胞如何攻击敌人。我们可以利用力学生物学来了解免疫细胞如何攻击癌细胞。
机械力支配着生命过程，从像泵一样收缩的心脏、弹簧和滑轮般的肌肉，到用几十皮牛顿力相互拉扯的细胞。
以前，生物中的机械力不怎么被重视，主要原因之一是缺乏精细的测量工具。现在，随着更好的工具被开发，细胞和组织中的机械活动得以被追踪，新的药物和治疗手段也开始出现。
力学生物学是研究细胞和组织如何感知和响应机械力的科学。
就像骨骼和肌肉能让人类使力一样，每个细胞内部的纤维网路（细胞骨架）也可以让细胞施加或者对抗力，并让它们移动。
观察T细胞
T细胞是我们免疫系统的一部分。它们可以充当细胞刺客，杀死感染病毒的其它细胞和癌细胞等。
在微米（头发丝的百分之一细）尺度下，借由3D牵引力显微镜（TFM），我们可以观察到T细胞会通过在组织中挤出一条路来“猎捕”癌细胞。
T细胞（绿色）在含有包埋珠子（红色）的细胞外基质中（蓝绿色）迁移。图片来源：Biro Lab
找到癌细胞后，T细胞会紧紧抓住它的目标，并送上“死亡之吻”。
被称为“双管吸引术”（dual pipette aspiration, DPA）和光镊的技术让我们能抓住细胞并可控地将它们放在一起。这让我们能了解和演示这种致命“亲吻”背后的机制。
通过力学生物学的技术来观察T细胞是如何找到并杀死癌细胞的，我们可能会找到癌症免疫疗法的更好目标。
就在最近，美国食品药品监管局（FDA）批准了第一例用病人自己的T细胞治疗癌症的免疫疗法。
力的感知
细胞通过自己的力传感器来探测和区分不同的物理信号。
一个主要的力传感器类型是“机械力敏感型离子通道”，它们是细胞表面可以开关的孔洞。
当细胞感受到一个机械刺激（本质上，就像微观下的戳刺），这些孔洞会打开。之后，化学物质的进出会产生跨越细胞边界的电流。这种电流可以通过放置在细胞表面的微小电极来测量。
许多种细胞和组织都有这种感受器，并对机械负荷的变化有响应。这包括了提供我们触觉的神经元、迁移的癌细胞，和骨骼中维护软骨的细胞。
EVENITY，一种预防骨质疏松症的药物，就通过这个通路起作用。它可以阻断硬化蛋白（Sclerostin），而这种蛋白在成骨细胞的机械力感知中发挥着抑制骨骼合成的重要角色。
细胞骨架就像一个由弹簧和滑轮组成的系统。图片来源：Dr Maté Biro, CC BY-SA
在经历过国际空间站之旅的小鼠上试验过后，这种疗法现在又通过了人类临床试验，正在等待FDA的批准，以治疗美国骨质疏松症患者。
芯片上的器官
芯片器官技术被设计以辅助药物开发、疾病模拟和个性化医疗。每个芯片器官单元都由一个透明的聚合物材料组成：大概有U盘那么大，里面的空腔排列着活的人类细胞。
这些芯片与像细胞培养那样的其他实验室测试有所区别，因为它们可以模拟细胞在真实组织里的生理和机械环境，而不是只关注孤立的单个细胞。
例如，芯片器官可以在显微尺度重建人类器官的架构，包括消化道、肾脏、皮肤、骨髓和大脑脑区。
在芯片肺脏中，肺细胞具有头发状的结构可以有节奏地运动，可以使粘液从芯片肺脏中流出，就像人体中的活肺一样。图片来源：Wyss Institute
许多研究者和生物技术企业希望诸如芯片器官的技术能加速新药物的开发、推动个性化医疗。
因为利用已有的传统技术，临床研究需要几年才能制备和测试单个化合物，这会花费数百万美元。并且，临床前的动物试验通常不能预测人类对药物的影响，因为动物模型并不总是能准确模拟人类的生物学响应。
作者：Joshua Chou, Kate Poole, Maté Biro
（翻译：顾金涛 审校：马晓彤）
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