細(xì)胞牽引力與單層應(yīng)力量化分析系統(tǒng)（細(xì)胞集落力產(chǎn)生與傳遞分析、細(xì)胞單層力產(chǎn)生與傳遞分析、細(xì)胞跨邊界力產(chǎn)生與傳遞分析系統(tǒng)）

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該系統(tǒng)可讓您分析在二維表面上生長的細(xì)胞、細(xì)胞集落和融合細(xì)胞層中的力生成和應(yīng)力。系統(tǒng)集成牽引力顯微量化分析和單層應(yīng)力顯微量化分析面的功能。除了應(yīng)力和力生成的標(biāo)準(zhǔn)測量之外，它還包括線張力，一種專門用于跨細(xì)胞邊界的力傳遞的測量。用戶只需要簡單設(shè)置幾個(gè)參數(shù)，選擇感興趣的區(qū)域，檢查輸入?yún)?shù)和中間結(jié)果，并計(jì)算描述力、應(yīng)力及其分布的各種參數(shù)，就可以對此類實(shí)驗(yàn)進(jìn)行面評估，可讓您快速分析可視化大型數(shù)據(jù)集。

該系統(tǒng)為研究細(xì)胞片層和細(xì)胞-細(xì)胞粘附連接力的集體遷移行為，為理解生物力學(xué)力在細(xì)胞-細(xì)胞/細(xì)胞-ECM 界面上的作用提供了簡潔易用的方法，為理解生物力在單個(gè)細(xì)胞、細(xì)胞集落、細(xì)胞-細(xì)胞/細(xì)胞-ECM界面上的作用提供了新方法，為革新再生醫(yī)學(xué)、疾病建模和藥物發(fā)現(xiàn)的突破性技術(shù)打開大門，闡明了細(xì)胞遷移、增殖、分化、重塑和機(jī)械感知其微環(huán)境機(jī)制許多方面。

系統(tǒng)框架流程圖：

A：該系統(tǒng)的TFM和單層應(yīng)力顯微鏡分析的工作流程。B：數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)。輸入圖像為橙色，中間結(jié)果為黃色，終輸出為綠色的標(biāo)量度量形式。定義細(xì)胞邊界和計(jì)算應(yīng)變能、收縮率和單層應(yīng)力的區(qū)域的掩碼為淺藍(lán)色。

系統(tǒng)特點(diǎn)：

1、量化分析功能智能強(qiáng)大、操作界面簡潔明了：

該系統(tǒng)集成自動(dòng)化的樣品直徑測量、顯微校正、自動(dòng)化測量、分析工具插件，自動(dòng)化的牽引力分析、形變測量、應(yīng)力分析、力生成等，只需要簡單填寫基底的機(jī)械參數(shù)，然后通過鼠標(biāo)圈點(diǎn)，

即按"start"自動(dòng)化分析基底上生長的細(xì)胞與ECM間、細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞、細(xì)胞集落和融合細(xì)胞層中的力生成和應(yīng)力，除了應(yīng)力和力生成的標(biāo)準(zhǔn)測量之外，還可以進(jìn)行線張力測量(一

種專門用于跨細(xì)胞邊界的力傳遞的測量)。

①：復(fù)選框以選擇特定的分析步驟（形變分析、牽引力分析、應(yīng)力分析、力生成）。

②：輸入選擇需要分析的圖像、自動(dòng)化漂移校正和細(xì)胞邊界的半自動(dòng)分割。

③：用于在分析數(shù)據(jù)庫中的所有幀或僅分析當(dāng)前查看的幀之間進(jìn)行選擇的下拉菜單。

④：PIV 和 TFM 的參數(shù)。

⑤：用于計(jì)算牽引力、應(yīng)力、收縮性、應(yīng)變能和線張力的用戶選擇區(qū)域（紅色輪廓）和單元邊界（綠色）。

⑥：簡潔易用的工具通過繪制mask來選擇區(qū)域（細(xì)胞單層、集落等）和細(xì)胞格邊界。

⑦：圖像幀導(dǎo)航條。簡潔明了使用 Page Up 和 Page Down 鍵導(dǎo)航圖層，使用左右箭頭鍵導(dǎo)航框架。

⑧：界面化面板調(diào)整圖像顯示的對比度和亮度。便于手動(dòng)分割細(xì)胞、集落、單層等的邊界。

2、量化分析面精準(zhǔn)：形變場、牽引場、收縮性、應(yīng)變能和細(xì)胞應(yīng)力以及沿細(xì)胞邊界的線張力和法向應(yīng)力

A：細(xì)胞通過yi蛋白酶消化分離前后的底物包埋熒光珠圖像。B：基底變形場。C：牽引力場。用戶選擇隨后計(jì)算收縮性、應(yīng)變能和細(xì)胞應(yīng)力的區(qū)域（紅色輪廓）。D：細(xì)胞集落圖像；用 tdTomato-Farnesyl 進(jìn)行熒光膜染色。E：細(xì)胞集落中平均法向應(yīng)力的對值。F：沿細(xì)胞邊界的線張力。橙色虛線標(biāo)記細(xì)胞集落的外邊緣。

該系統(tǒng)可以輸出所有場（變形、牽引力、應(yīng)力），并繪制為矢量場或熱圖。還可以繪制細(xì)胞間力傳導(dǎo)和應(yīng)變能密度（參見上圖）。用戶可以完控制生成哪些圖。所有計(jì)算出的標(biāo)量結(jié)果都保存在一個(gè)制表符分隔的文本文件中。可以使用標(biāo)準(zhǔn)文本編輯器或 Excel 等數(shù)據(jù)分析工具打開結(jié)果文本文件等。

3、該系統(tǒng)專門使用傅里葉變換牽引細(xì)胞術(shù)算法 。該算法簡單、穩(wěn)健且完善，

該系統(tǒng)細(xì)胞力產(chǎn)生和應(yīng)力的典型測量：

• 基材變形

• 應(yīng)變能

• 收縮力

• 平均法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力

• 應(yīng)力分布

• 跨細(xì)胞邊界作用的力等

細(xì)胞牽引力與單層應(yīng)力量化分析系統(tǒng)