综述：利用磁镊技术测量活细胞内的分子力

这篇综述系统阐述了磁镊（MT）技术在活细胞内力学测量中的突破性应用，重点探讨了如何通过优化磁场梯度生成（如微针尖、多极磁镊）和功能化磁性颗粒（如铁氧化物纳米颗粒）实现单分子水平力学操控。文章揭示了分子马达（如驱动蛋白kinesin、动力蛋白dynein）和生物聚合物（微管microtubule、染色质chromatin）在细胞分裂、迁移等过程中的力学协同机制，为研究细胞内自组织（self-organization）和机械转导（mechanotransduction）提供了新范式。

　　

细胞结构由产生机械力的分子构建

真核细胞通过分子马达（如肌球蛋白myosin、驱动蛋白kinesin）和生物聚合物（微管、肌动蛋白actin）将化学能转化为机械力，驱动细胞形态变化和分裂。力谱技术（如光镊、磁镊）已实现体外单分子力学测量，但活细胞内分子协同机制仍是未解之谜。

磁镊技术原理与设计突破

磁镊通过超顺磁性颗粒（1-2.8μm）在磁场梯度中受力（F=m_sat·ρV·?B），其核心挑战在于梯度优化。微针尖设计可产生50pN力（1μm颗粒），而多极磁镊能三维操控但通量低。

活细胞力学测量应用

1. 纺锤体力学：在秀丽隐杆线虫胚胎中，磁镊测得维持纺锤体居中的力达20-60pN；

2. 染色质动力学：GFP纳米抗体靶向的磁性颗粒首次实现染色质位点特异性操控；

3. 细胞核力学：核骨架沿主轴刚度更高，揭示机械信号传递路径。

未来方向与挑战

1. 靶向操控：需开发特异性连接系统（如SNAP/HALO标签）；

2. 多颗粒协同：实现旋转/拉伸需独立控制多个颗粒；

3. 颗粒微型化：减小尺寸（<1μm）以降低细胞损伤风险。

该技术将填补体外单分子生物物理学与活细胞机械生物学间的鸿沟，为理解细胞自组织提供全新工具。