细胞图。一对（红色的）核仁在（绿色的）细胞核中相互靠近，在一系列的时间顺序的图像中相互融合。通过跟踪两个核仁的融合随时间的变化，研究人员可以测量细胞核内的黏度。
细胞核是蛋白质、RNA等许多携带细胞信息的分子的总部。想要理解这些分子是如何运作的就需要对他们移动的媒介有了解。现在，研究人员已经开发出首个测量细胞核内的粘度的非侵入式技术。研究团队使用微米大小的蜂巢结构，也被称为核仁，作为对细胞核环境的粘性的自然探针，并且发现细胞核内粘度是蜂蜜的大约300倍，与其他的侵入性的探测结果相一致。
除了细菌之外的大部分细胞都有一个细胞核，它承载着生物体的DNA，细胞核中还有能以有组织的方式解读遗传密码的复杂机器。该机器能生产从细胞核到蛋白质生产场所（被称为核糖体）的信使RNA链。纽约大学的Alexandra Zidovska：“这些重要的细胞活动过程将受到细胞核内部的物质性质的影响。”早先测量细胞核的性质所使用的是被注入细胞核的小珠子，然后在磁场中操作观察。Zidovska 说, 注射过程会用到一根针, 它会损害细胞, 因此不清楚测量的性质是否代表一个健康、不受干扰的细胞。
Zidovska和她的团队的新方法利用了核仁，核仁就像对敏感的环境的探针，她说：”大自然将细胞核赋予我们“。核仁没有细胞膜，是RNA和蛋白质组成的球形结构，核仁在核糖体的合成中起着中心作用。使用高分辨的显微镜观察核仁的运动，团队可以提取到细胞核环境的性质，但要为了分析这些运动，研究人员首先要刻画核仁的一些内在性质。
研究团队对人工培养的人类细胞进行实验，他们经过基因改造以携带两个荧光标记，一个红色标记标记了核仁，而绿色标记凸显了细胞核其余的部分。核仁在显微镜下呈现出红色圆形区域，而且研究人员能够观测到它们边缘的极小的震动。这与先前提出的核仁的行为与液滴相似，而不是固体聚类物质的设想一致。表面产生的振幅提供了对表面张力的测量。令人惊讶的是, 他们发现核仁的表面张力极小，大约比空气中的水滴的表面张力小了5万倍。
通过了解核仁的表面张力，研究团队可以接着研究这些结构的其他运动了。具体而言，他们开发了一种记录两个核仁碰撞和融合的方法，这是人类细胞的生命中罕见的事件，也是之前从未被直接观察到的。实验证明，由表面张力所驱动的缓慢的合并过程，大约花费15分钟，对细胞过程而言很长。利用描述气泡和液滴融合的理论，，研究团队推断细胞核内黏度约3000帕秒（蜂蜜大约是10帕秒，而水是0.001帕秒）。
在活的，不受干扰的细胞内直接测量粘度能力提供了一个基准去识别疾病对细胞材料性质的影响。研究表明，在癌症和阿尔兹海默症患者中，核仁的大小和形状与健康的相较是不一样的。Zidovska 说，这些核仁之间的差异表明，细胞核环境中物质的性质可能会因疾病而改变。如果被进一步研究的证明，可能提供新的信息关于特定疾病对细胞功能的影响。
新泽西州普林斯顿大学的生物工程家Cliff Brangwynne说：“我们很少有研究物质性质的方法，所以在这份论文所提出的方法推动了领域的发展。”他说，Zidovska和同事们的工作是许多研究者重大努力的一部分，他们希望最终能把核仁等细胞成分的力学性质与遗传信息联系起来。
这项研究发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）中.
作者：Michael Schirber
翻译：王麟涛
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