細胞測試分析系統

細胞測試分析系統       流式單細胞力學儀

德國Zellmechanik公司

AcCellerator型

單細胞力學流式分析系統

研發背景

1 研究細胞力學在臨床有什么意義？ 如何區分不同果實的成熟度？

解決方案：施加適當的力并感應水果的機械特性，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、癌癥預后或培養細胞的狀態和質量的評估。

   細胞變形能力與細胞的狀況和功能相關。

   無需標記即可評估細胞變形能力。

   應用潛力巨大。

細胞力學構成了研究從發育到疾病的主題的關鍵科學目標。

2 為什么采用單細胞流式分析？

Jochen Guck 教授在德累斯頓工業大學使用 AFM 和光學拉伸來揭示細胞力學與細胞功能（或功能障礙）之間的相關性。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，整個實驗結束后釋放細胞，分析測量參數。為了克服耗時的步驟，于是他們開發了一種使用具有連續力和動態分析的連續流的方法：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，已經發表了許多具有高影響力的科學論文，并且技術開始普及。

現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的黃金標準（熒光流式細胞術）進行比較和關聯。近還可以沿通道動態跟蹤細胞變形并研究變形的時間相關動力學 (dRT-DC)。

技術原理

1 如何高速的壓縮單個細胞？

為了產生確定的力，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生流動剖面并使細胞流體動力學變形。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。

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據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，從而深入了解形態學特性。

系統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？

以下未發布素材

肌動蛋白應力纖維組織促進浸潤前乳腺癌細胞的細胞硬化和增殖

乳腺癌是女性死亡的主要原因。乳腺癌進展的多步驟過程源于癌基因和腫瘤抑制基因的遺傳和表觀遺傳改變，這些改變賦予乳腺細胞生長和/或生存優勢。隨后的分子改變可能會將這些癌前細胞轉化為惡性細胞，具有侵襲和轉移能力。

病毒非受體酪氨酸激酶 v-Src 及其細胞同源物 c-Src 是研究多的原癌基因，涉及腫瘤發展的許多方面，包括增殖、存活、粘附、遷移、侵襲和轉移。Src 蛋白水平，在更大程度上，Src 蛋白激酶活性在惡性和非惡性乳腺組織中經常升高，并且與乳腺癌患者的存活率降低顯著相關。

Src 主要通過降低粘附性和調節肌動蛋白細胞骨架3來誘導腫瘤轉移。由單體肌動蛋白亞基 (G-actin) 組裝而成的絲狀肌動蛋白 (F-actin) 的半柔性聚合物施加或抵抗力以驅動大量細胞過程，包括細胞形狀、細胞移動性、胞質分裂的變化和細胞內運輸。此外，肌動蛋白絲將外力轉化為指導細胞反應的生化信號事件。這主要在腫瘤侵襲和惡性腫瘤的背景下進行了研究，其中來自腫瘤微環境的機械信號會影響轉移級聯. 反過來，轉移性乳腺細胞的硬度低于健康細胞，這在很大程度上取決于細胞骨架。為了執行這些不同的功能，肌動蛋白絲通過控制在物種之間高度保守的大量肌動蛋白結合蛋白 (ABP) 組織成不同的結構. Ena/VASP（啟用/血管擴張劑刺激的磷蛋白）家族蛋白，包括蛋白質啟用的同源物 (Mena)、血管擴張劑刺激的磷蛋白 (VASP) 和 Ena-VASP 樣 (EVL)，與肌動蛋白絲的倒刺末端相關。它們似乎對 F-肌動蛋白有不同的影響，包括通過其抗加帽活性促進肌動蛋白絲伸長、抑制分支肌動蛋白網絡的形成和促進 F-肌動蛋白捆綁。因此，Ena/VASP 家族成員對癌細胞遷移和轉移具有不同的影響。雖然 EVL 抑制細胞遷移，但 Mena 變體 Mena (INV) 驅動侵襲、血管內滲透和轉移. 其他 ABP 抑制肌動蛋白聚合或穩定肌動蛋白絲。此外，一些 ABP 將肌動蛋白絲組織成更高階的網絡，通過交聯肌動蛋白絲，或使用 F-肌動蛋白作為支架、物理支撐或軌道，以促進收縮性并產生張力。

我們以前曾報道過 Src 的促生長功能是由果蠅上皮細胞中的肌動蛋白細胞骨架控制的。在本報告中，我們研究了 F-肌動蛋白在支持 Src 下游癌癥前體擴張中的作用。使用具有條件 Src 誘導的乳腺細胞系，我們證明在細胞獲得惡性特征之前，它們會經歷短暫的應力纖維依賴性硬化狀態，導致細胞增殖和向*轉化狀態的進展。

骨髓生態位模擬物通過整合素信號調節 HSPC 功能

造血干細胞和祖細胞 (HSPC) 錨定在骨髓 (BM) 中稱為造血生態位的特殊微環境中。這些細胞由它們的自我更新能力和產生所有成熟血細胞的能力來定義。在臨床或組織工程使用之前，人類 HSPCs 可以通過表面抗原 CD34 進行富集。由于這些細胞在大多數移植來源中占少數，并且適用細胞的數量有限，因此已使用細胞因子雞尾酒或小分子建立離體擴增培養物. 然而， HSPCs 在懸浮液中的體外培養會導致異質細胞群具有未定義的細胞身份。

在 BM 生態位中，HSPCs 不僅由細胞因子維持，而且由細胞-基質粘附初步維持，通過粘附受體介導，例如整合素 (ITG)。在這方面，發現 β1 (CD29) 和 β2 ITGs 促進 HSPCs 與間充質基質細胞 (MSCs) 的初始接觸并且 β3 (CD61) 表達被證明是體內 長期再增殖 HSPCs 的標志物. 因此，使用 HSPC 和 MSC 等生態位細胞的共培養離體重塑 BM 生態位逐漸成為人們關注的焦點，并被證明是干細胞擴增的有前途的工具. 然而，在臨床或研究應用中，兩個細胞群的直接接觸需要 HSPC 培養后純化。

為了解決這些問題，我們使用了一種在體外重塑BM細胞外基質的新型培養方法，即從永生化間充質基質細胞（SCP-1）衍生的脫細胞細胞外基質（ECM）支架。這種支架被發現具有高度可重復性，并提供超過 500 種蛋白質，包括主要的生態位蛋白，如膠原蛋白、纖連蛋白、糖胺聚糖以及骨橋蛋白和信號分子，如基質衍生因子 1 (SDF-1)。因此，提供了存在于BM壁龕中的粘合面和物理提示。發現周圍環境的生物力學力通過整合素信號轉導至細胞，并在體外被證明可以控制 HSPC 的命運。 _ _ _ _ 這些物理方面被證明是分化的標志并驅動細胞命運決定。然而，HSPC 與 BM 基質相互作用的詳細機制僅關于細胞外環境的了解較少。

通過培養從粒細胞集落刺激因子 (G-CSF) 動員的健康供體的外周血 (PB) 中分離的人 CD34 +細胞，在去細胞 ECM 制劑上使用低濃度的細胞因子，我們可以分離兩種細胞部分：貼壁 (AT) 和上清液。 SN) 細胞，類似于與 MSC 的 HSPC 共培養物。使用實時變形細胞儀 (RT-DC)為了揭示塑料培養皿 (PCD) 中新鮮分離的 SN、AT 和經典懸浮培養的 HSPCs 的生物力學表型，我們發現新鮮分離的細胞與培養細胞相比是同質的可變形細胞和小細胞。與 PCD 培養或 SN 細胞相比，AT 細胞顯示肌動蛋白聚合到應力纖維、強烈的遷移行為和不易變形的表型。發現 SDF-1 通過 CXC 趨化因子受體 4 型 (CXCR4) 被 AT 細胞主動識別和內化。此外，CXCR4 被認為在 AT 細胞中偏向 ECM 蛋白。重要的是，我們發現在 AT 細胞上誘導 ITGαIIb、ITGαV 和 ITGβ3 的表面表達，并且可以證實 ITGαvβ3 在 HSPC-ECM 相互作用中在粘附和遷移方面的重要作用。