北京哪家医院治疗白癜风好 http://pf.39.net/bdfyy/bdfzj/物理学家做细胞研究？物理所的林耿慧副研究员，带领团队发明制作细胞构架，可在三维环境中培养细胞，比二维平面的培养皿更接近生理环境。不仅能藉此了解细胞的物理，也可应用在组织工程、精准医疗等方面。
物理学家研究细胞？你也许心想，这篇文章是不是错评了？其实没有，林耿慧就是研究细胞的物理学家。随着学术领域的大发展，以往我们所认为风马牛不相及的专业，越来越的开始跨界融合。就拿近几年的诺贝尔医学生理学奖或者化学奖来说，获奖得主更多是属于跨界学者，而且这一趋势还将持续。
一、细胞构架
林耿慧在美国念书的时候，有一个潮流鼓励物理科学家(physicalscientist)转到生物学(biology)研究。她研究的软物质领域与生物物理也算接近，生物物理中用了许多软物质的方法。于是，林耿慧回国后就投入了生物物理的研究。
不同于培养皿全新细胞构架创造三维实验空间，林耿慧说，大部分的细胞必须贴附在基材上才能存活。一般培养细胞的基材就是培养皿，但是培养皿是二维的平面，如果想要养出三维的结构，培养皿做不到。然而身体内的细胞，都有三维的结构。
真实细胞生长于三维环境，与二维平面(如培养皿)的条件不同。很早以前就有人想到，可以制造一个三维的构架来培养细胞。许多组织工程学研究试着制作细胞构架，不过一直未能培养出一个有完好功能的组织或器官。因为满足一方面的需求很简单，但满足全方面的要求或者说多方面的要求是比较困难的。
林耿慧认为，要成为一个完好的组织，端视细胞与基材、还有细胞与细胞之间作用力协调出来的结构；但因为现今制作细胞构架的方式很不均匀，导致构架孔洞大小不一，因此很难了解细胞如何与构架作用。
林耿慧想到了统计力学的这个概念：就算给定一模一样的能量、温度条件，还是会有很多的微观状态(microstate)；那不如创造出很多一模一样的微环境，去观察里面细胞的状态。我的想法就是让全部微环境都一样，就可以观察很多东西。
吹泡泡技术低成本细胞构架梦想成真。细胞构架该怎么做呢？有些科学家提出3D打印的方法，可惜很难印出够小的孔洞。那为什么要做够小的孔洞呢？
细胞怎么感觉自己在三维？它没眼睛，只能是靠触摸的。林耿慧说，我们如果没有眼睛，也会觉得自己在二维，除非空间的尺度跟自己本身的尺度差不多，可以触摸到环境，才能够感觉自己在三维。细胞的尺度大约是10到微米大小，因此如果做出类似大小的孔洞，就可以让细胞生长在三维的环境。
林耿慧的专长，正好是制作小塑胶球，博士论文就是做胶体粒子，把几百奈米到几百微米的小球堆栈成晶体。她想，这是她的老朋友，现在只要把尺度改成10微米以上就可以了。
二、微流道
查了文献，林耿慧发觉她的想法已经被别人想到了了。但是，读完文献之后，发觉前人的做法并不好，制作过程又慢又贵，自己仍然大有可为。那个时候，微流道刚好发展起来，林耿慧对其研究现况有持续掌握。
她看到一个方法，是用微流道吹泡泡，尺度刚好和细胞构架所需一模一样，就是我要的方法。于是，林耿慧开始在实验室制作这样的泡泡。利用微流道，可以做出大小一样的泡泡。收集起来，把它背景变成胶，再把孔洞相连通，最后就可以拿来装细胞。
实验中通入气体和液体，利用微流道吹泡泡制作细胞构架，林耿慧用微流道来吹泡泡制作细胞构架，实验相当成功。不但成本很低，制作所需时间也很短，做一个不到一分钟，并依此申请了专利，也成功技转。
进化的三维环境让实验与真实更接近，三维的细胞构架，有什么功用呢？不但可以应用于再生医学、人工敷料，也对精准医疗有所帮助。林耿慧表示，现在化学制药成本不算太贵了，最贵的是筛药，而用三维细胞培养来筛药，应该会有更接近身体内细胞的反应。
一般筛药是在二维平面进行。在二维平面上筛出有效的药，最后去做动物实验常常却没有效，原因可能是二维比较不接近生理环境。林耿慧举例，年生物学家米纳碧赛尔(MinaBissell)的团队，把乳癌细胞放在二维和三维环境来做实验。
他们放了一些抗体进去，发现在三维环境，这些恶性肿瘤细胞可以恢复成良性，但在二维环境却维持恶性。如此一来，传统在二维的筛药方法就筛不出来这个药效。
另外，即使是表皮细胞，乍看之下是平坦的二维结构，但事实上，经常要形成管状构造才有功能。例如血管、气管，都需要管状的细胞。而在二维平面上养细胞，很难养出管状结构。
三维细胞培养一大瓶颈在于成本。一般三维培养用的材料如水胶，价格昂贵、操作时间又慢，而林耿慧发明的细胞构架，突破了这些限制；又经由技转公司的进一步改良后，操作上和二维培养一样方便了。
在二维培养皿、三维细胞构架培养的细胞影像中。红色部分是肌动蛋白(F-actin)，绿色部分是粘黏的纤维组织(Paxillins)。在二维环境中，细胞呈现平行发展；在三维环境中，细胞长成。
制作出细胞构架只是第一步。林耿慧利用这样的构架来培养细胞，做了各方面的细胞研究。她用物理方法，来量化细胞的体积、曲率，这是与一般生物学不同之处。
三、思想碰撞
林耿慧的研究风格就是测量，然后去量化。那些东西未必是生物学家会去量的。在我看来这其实并没有什么，因为在之前大家的研究可能更多的局限在专业领域上，没有完全地打破原本的思维限制。
林耿慧说，生物学家量化的东西不一样，例如他们会去量化蛋白质的表现。物理学家则是量化细胞的物理，例如看到弯弯的线，就去量化曲率半径，因为这与细胞的作用力、能量有关。
测量细胞的形态，其实很困难。我们无法拿尺量测细胞，需要凭借影像，而光是处理影像就很麻烦。林耿慧团队突破这些技术困难，获得一些有趣的发现，找到了一些在二维和三维不同的细胞型态。
例如黏着斑尺寸比较小的细胞，其应力纤维也比较细，而黏着斑与应力纤维的分布是环绕整个细胞身体，呈现三维分布。而还有一些尚未发表的结果，皆显示细胞在三维与二维的不同，团队后续希望能从细胞力学的角度来解释这些差异。
要研究生物物理，跨科重新学常识。生物物理包含许多跨领域专业，林耿慧团队实验成果的背后，其实是艰辛的历程。跨专业说起来很简单，但是作为团队的带头人来说，必须掌握其中的专业背景，并还要清楚团队中每个人的特长，做到让合适的人做合适的事。
林耿慧笑说：带领跨领域的实验室比较累，有时学生来实验室前没有足够的背景常识，更不用说非常少学生来实验室前，就有足够的背景知识。在前期的工作中，可能更多的是，让学生补足短板，把专业度提升上去，特别是一些专业上的常识。
林耿慧说明，因为没有现成的生物物理学系，可以教给学生所需的背景常识，所以学生来实验室都需要从头学起。有些学生学得快，有些学生会在一些不同领域中应该是常识的细节上出错。
例如：之前曾带过机械系的学生，不知道将化学样品加入溶液后要充分混合才能使用。在团队里，擅长养细胞的学生不一定会写程序，而擅长写程序的学生不一定会养细胞，因此研究经常要拆开来做。
此外，团队与生物学家合作，也是不断磨合的过程。林耿慧谈到，物理学和生物学研究的方法学不同：物理学家很多研究是基于观察的研究，并且习惯套用理论来解释事情；而生物学家的研究方法主要是以假说检验。
四、总结
偶尔，跨领域合作中，由于彼此不够了解对方的领域，有时会高估彼此的能力。虽然并非易事，但林耿慧团队仍持续和生物学家合作，得到了丰硕的研究成果。这些来之不易的成果，无一不见证一路上的跌跌撞撞。
从软物质起家，林耿慧跨入生物的范畴，以物理的方法研究细胞。就像《平面国》一书所传播的三维福音：向上，而非向北，通过细胞构架开启三维的视角，也得以对生命的最小单位有更多探索的空间。我们也可以凭借科学家们的研究，从而获得对我们所处的世界有了更深的认识。
