新加坡国立大学（NUS）研究团队构建了一种分子“牵引绳”装置，能够直接对力感受离子通道蛋白Piezo1施加微小且可校准的机械力，并测得该通道在约15皮牛顿（pN）作用下被激活。研究人员表示，这一结果表明Piezo1除可通过细胞膜变形触发外，也可被物理牵引直接激活。相关研究发表在《Nature Sensors》。

研究团队介绍，Piezo1是细胞感知物理力的重要“传感器”。为直接测量微小机械力与通道激活之间的关系，团队采用基于DNA的策略，在单分子水平对单个Piezo1通道施加受控外力，力的量级约为万亿分之一牛顿。同时，研究人员利用荧光信号实时监测通道活性：当通道开启、钙离子进入细胞时，信号会发光。实验显示，约15 pN的牵引力即可触发Piezo1激活，这是对该通道激活所需力的精确测量。

研究人员指出，细胞在生理环境中持续承受多种物理作用，包括血流、触觉以及组织运动等。Piezo1等力敏感蛋白参与细胞对这些刺激的检测与响应，并与血压调节、免疫反应、组织修复及发育等过程相关。此前，由于常用实验手段往往同时引发细胞膜形态变化，科学界难以将“施力”与“膜变形”效应区分开来，从而无法直接量化Piezo1的激活力阈值。

该研究由NUS化学系刘晓刚教授与物理系闫杰教授团队开展。研究人员通过DNA链将Piezo1与微小珠子连接，使外力能够直接作用于蛋白本体，并尽量避免膜拉伸带来的干扰。团队表示，这一设计使得对蛋白响应的测量可在单分子尺度进行。

研究结果还显示，Piezo1不仅响应经由细胞膜传递的机械刺激，也可被通过细胞外基质或细胞骨架等结构传递的牵引力直接激活。研究人员认为，这为“力来自纤维”的替代机制提供了证据，提示细胞机械信号感知方式可能更为多样。

团队表示，该DNA系统具备较高的空间控制精度，可实现对Piezo1施加定义明确的力，并以受控、可重复且可逆的方式触发通道开启。研究人员同时指出，该平台并不限于Piezo1，亦可用于研究其他力敏感蛋白，以进一步理解机械力对生物过程的影响。

参与研究的隋明宇博士在论文中表示，这项工作在机械生物学领域具有基础与技术层面的意义：通过建立施加力与离子通道激活之间清晰且可量化的联系，并将其与细胞膜变化区分开来，为研究细胞对物理力的响应提供了新的路径。

研究人员称，未来该平台有望用于揭示依赖力的信号通路，并支持与机械敏感相关的疗法开发及对机械刺激有响应材料的设计。