無細胞標記細胞力學(xué)分析儀

無細胞標記細胞力學(xué)分析儀       細胞測試分析系統(tǒng)

德國Zellmechanik公司

AcCellerator型

單細胞力學(xué)流式分析系統(tǒng)

研發(fā)背景

1 研究細胞力學(xué)在臨床有什么意義？ 如何區(qū)分不同果實的成熟度？

解決方案：施加適當(dāng)?shù)牧Σ⒏袘?yīng)水果的機械特性，將清楚地向您展示成熟和過熟的獼猴桃之間的區(qū)別。

這是否也適用于較小的水果組織碎片？如果我們下降到單細胞水平怎么辦？

細胞的機械特性由功能上重要的細胞成分控制，例如細胞骨架。它們構(gòu)成了一種新興的無標記生物標志物，可以直接了解細胞功能或功能障礙。因此，機械特性有助于理解和評估藥物治療效果、免疫細胞活化、干細胞分化、癌癥預(yù)后或培養(yǎng)細胞的狀態(tài)和質(zhì)量的評估。

    細胞變形能力與細胞的狀況和功能相關(guān)。

    無需標記即可評估細胞變形能力。

    應(yīng)用潛力巨大。

細胞力學(xué)構(gòu)成了研究從發(fā)育到疾病的主題的關(guān)鍵科學(xué)目標。

2 為什么采用單細胞流式分析？

Jochen Guck 教授在德累斯頓工業(yè)大學(xué)使用 AFM 和光學(xué)拉伸來揭示細胞力學(xué)與細胞功能（或功能障礙）之間的相關(guān)性。這些方法的一個主要障礙是低通量（多 100 個細胞/小時）。測量過程為：找到一個細胞，停止施力，整個實驗結(jié)束后釋放細胞，分析測量參數(shù)。為了克服耗時的步驟，于是他們開發(fā)了一種使用具有連續(xù)力和動態(tài)分析的連續(xù)流的方法：RT-DC。

Oliver Otto 博士和 Philipp Rosendahl 博士在 2013 年左右實施了這個想法。從那時起，已經(jīng)發(fā)表了許多具有高影響力的科學(xué)論文，并且技術(shù)開始普及。

現(xiàn)在可以同時測量細胞的物理特性和熒光信號 (RT-FDC)，從而可以將細胞的物理特性與細胞生物學(xué)的黃金標準（熒光流式細胞術(shù)）進行比較和關(guān)聯(lián)。近還可以沿通道動態(tài)跟蹤細胞變形并研究變形的時間相關(guān)動力學(xué) (dRT-DC)。

技術(shù)原理

1 如何高速的壓縮單個細胞？

為了產(chǎn)生確定的力，孤立的細胞被泵送通過橫截面略大于細胞橫截面的微通道。周圍流體的壓力梯度產(chǎn)生流動剖面并使細胞流體動力學(xué)變形。流體的流速和粘度控制作用在細胞上的力。

細胞可以通過流體動力變形。

力由流速和粘度控制。

較軟的細胞顯示較大的變形。

研發(fā)背景

1 研究細胞力學(xué)在臨床有什么意義？ 如何區(qū)分不同果實的成熟度？

解決方案：施加適當(dāng)?shù)牧Σ⒏袘?yīng)水果的機械特性，將清楚地向您展示成熟和過熟的獼猴桃之間的區(qū)別。

這是否也適用于較小的水果組織碎片？如果我們下降到單細胞水平怎么辦？

細胞的機械特性由功能上重要的細胞成分控制，例如細胞骨架。它們構(gòu)成了一種新興的無標記生物標志物，可以直接了解細胞功能或功能障礙。因此，機械特性有助于理解和評估藥物治療效果、免疫細胞活化、干細胞分化、癌癥預(yù)后或培養(yǎng)細胞的狀態(tài)和質(zhì)量的評估。

    細胞變形能力與細胞的狀況和功能相關(guān)。

    無需標記即可評估細胞變形能力。

    應(yīng)用潛力巨大。

細胞力學(xué)構(gòu)成了研究從發(fā)育到疾病的主題的關(guān)鍵科學(xué)目標。

2 為什么采用單細胞流式分析？

Jochen Guck 教授在德累斯頓工業(yè)大學(xué)使用 AFM 和光學(xué)拉伸來揭示細胞力學(xué)與細胞功能（或功能障礙）之間的相關(guān)性。這些方法的一個主要障礙是低通量（多 100 個細胞/小時）。測量過程為：找到一個細胞，停止施力，整個實驗結(jié)束后釋放細胞，分析測量參數(shù)。為了克服耗時的步驟，于是他們開發(fā)了一種使用具有連續(xù)力和動態(tài)分析的連續(xù)流的方法：RT-DC。

Oliver Otto 博士和 Philipp Rosendahl 博士在 2013 年左右實施了這個想法。從那時起，已經(jīng)發(fā)表了許多具有高影響力的科學(xué)論文，并且技術(shù)開始普及。

現(xiàn)在可以同時測量細胞的物理特性和熒光信號 (RT-FDC)，從而可以將細胞的物理特性與細胞生物學(xué)的黃金標準（熒光流式細胞術(shù)）進行比較和關(guān)聯(lián)。近還可以沿通道動態(tài)跟蹤細胞變形并研究變形的時間相關(guān)動力學(xué) (dRT-DC)。

用流體動力使細胞變形：當(dāng)單個細胞通過狹窄的通道時，周圍的流體會產(chǎn)生使單個細胞變形的力。這些力源于流體內(nèi)的摩擦力，這會逐漸降低靠近通道壁的流速。通道中的細胞暴露于液體中由此產(chǎn)生的速度梯度，并經(jīng)歷施加輕柔擠壓的力場。高速成像揭示了由此產(chǎn)生的細胞變形。變形程度表示細胞的剛度。

2 如何快速測量單細胞的變形能力？

細胞以幾厘米/秒的速度從右向左流動，通過來自上下兩個通道的鞘流集中在微通道中。系統(tǒng)允許以高達每秒 1000 個細胞的高速率進行非破壞性的連續(xù)測量 - 比其他細胞力學(xué)分析方法（例如，微量移液器抽吸 100 個細胞/小時，RT-DC 1,000 個細胞/秒）提高了 10000 倍。

高通量有助于在細胞生物學(xué)和臨床研究中作為標準分析方法的應(yīng)用，只需幾分鐘即可獲得具有統(tǒng)計意義的單細胞測量值。通過對細胞大小或變形能力進行門控，可以檢測到低數(shù)量的細胞亞群。

RT-DC 中的“實時"來自于拍攝圖像時對細胞輪廓的即時分析。

細胞面積、高度、寬度、縱橫比等的立即計算允許對數(shù)據(jù)進行即時觀察和選通。

該算法還計算細胞的亮度和亮度偏差等參數(shù)，從而深入了解形態(tài)學(xué)特性。

系統(tǒng)保存每個檢測到的事件圖像，可以輕松查看異常值是碎片還是您正在尋找的稀有細胞。

3 如何表征力進而計算楊氏模量？