細胞牽引力與單層應力量化分析系統（細胞集落力產生與傳遞分析、細胞單層力產生與傳遞分析、細胞跨邊界力產生與傳遞分析系統）

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該系統可讓您分析在二維表面上生長的細胞、細胞集落和融合細胞層中的力生成和應力。系統集成牽引力顯微量化分析和單層應力顯微量化分析面的功能。除了應力和力生成的標準測量之外，它還包括線張力，一種專門用于跨細胞邊界的力傳遞的測量。用戶只需要簡單設置幾個參數，選擇感興趣的區域，檢查輸入參數和中間結果，并計算描述力、應力及其分布的各種參數，就可以對此類實驗進行面評估，可讓您快速分析可視化大型數據集。

該系統為研究細胞片層和細胞-細胞粘附連接力的集體遷移行為，為理解生物力學力在細胞-細胞/細胞-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細胞、細胞集落、細胞-細胞/細胞-ECM界面上的作用提供了新方法，為革新再生醫學、疾病建模和藥物發現的突破性技術打開大門，闡明了細胞遷移、增殖、分化、重塑和機械感知其微環境機制許多方面。

系統框架流程圖：

A：該系統的TFM和單層應力顯微鏡分析的工作流程。B：數據組織結構。輸入圖像為橙色，中間結果為黃色，終輸出為綠色的標量度量形式。定義細胞邊界和計算應變能、收縮率和單層應力的區域的掩碼為淺藍色。

系統特點：

1、量化分析功能智能強大、操作界面簡潔明了：

該系統集成自動化的樣品直徑測量、顯微校正、自動化測量、分析工具插件，自動化的牽引力分析、形變測量、應力分析、力生成等，只需要簡單填寫基底的機械參數，然后通過鼠標圈點，

即按"start"自動化分析基底上生長的細胞與ECM間、細胞與細胞間、細胞、細胞集落和融合細胞層中的力生成和應力，除了應力和力生成的標準測量之外，還可以進行線張力測量(一

種專門用于跨細胞邊界的力傳遞的測量)。

①：復選框以選擇特定的分析步驟（形變分析、牽引力分析、應力分析、力生成）。

②：輸入選擇需要分析的圖像、自動化漂移校正和細胞邊界的半自動分割。

③：用于在分析數據庫中的所有幀或僅分析當前查看的幀之間進行選擇的下拉菜單。

④：PIV 和 TFM 的參數。

⑤：用于計算牽引力、應力、收縮性、應變能和線張力的用戶選擇區域（紅色輪廓）和單元邊界（綠色）。

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

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

⑧：界面化面板調整圖像顯示的對比度和亮度。便于手動分割細胞、集落、單層等的邊界。

2、量化分析面精準：形變場、牽引場、收縮性、應變能和細胞應力以及沿細胞邊界的線張力和法向應力

A：細胞通過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。用戶選擇隨后計算收縮性、應變能和細胞應力的區域（紅色輪廓）。D：細胞集落圖像；用 tdTomato-Farnesyl 進行熒光膜染色。E：細胞集落中平均法向應力的對值。F：沿細胞邊界的線張力。橙色虛線標記細胞集落的外邊緣。

該系統可以輸出所有場（變形、牽引力、應力），并繪制為矢量場或熱圖。還可以繪制細胞間力傳導和應變能密度（參見上圖）。用戶可以完控制生成哪些圖。所有計算出的標量結果都保存在一個制表符分隔的文本文件中。可以使用標準文本編輯器或 Excel 等數據分析工具打開結果文本文件等。

3、該系統專門使用傅里葉變換牽引細胞術算法 。該算法簡單、穩健且完善，

該系統細胞力產生和應力的典型測量：

• 基材變形

• 應變能

• 收縮力

• 平均法向應力和剪切應力

• 應力分布

• 跨細胞邊界作用的力等

細胞跨邊界力產生與傳遞分析系統