细胞测试分析系统

细胞测试分析系统       流式单细胞力学仪

德国Zellmechanik公司

AcCellerator型

单细胞力学流式分析系统

研发背景

1 研究细胞力学在临床有什么意义？ 如何区分不同果实的成熟度？

解决方案：施加适当的力并感应水果的机械特性，将清楚地向您展示成熟和过熟的猕猴桃之间的区别。

这是否也适用于较小的水果组织碎片？如果我们下降到单细胞水平怎么办？

细胞的机械特性由功能上重要的细胞成分控制，例如细胞骨架。它们构成了一种新兴的无标记生物标志物，可以直接了解细胞功能或功能障碍。因此，机械特性有助于理解和评估药物治疗效果、免疫细胞活化、干细胞分化、癌症预后或培养细胞的状态和质量的评估。

   细胞变形能力与细胞的状况和功能相关。

   无需标记即可评估细胞变形能力。

   应用潜力巨大。

细胞力学构成了研究从发育到疾病的主题的关键科学目标。

2 为什么采用单细胞流式分析？

Jochen Guck 教授在德累斯顿工业大学使用 AFM 和光学拉伸来揭示细胞力学与细胞功能（或功能障碍）之间的相关性。这些方法的一个主要障碍是低通量（多 100 个细胞/小时）。测量过程为：找到一个细胞，停止施力，整个实验结束后释放细胞，分析测量参数。为了克服耗时的步骤，于是他们开发了一种使用具有连续力和动态分析的连续流的方法：RT-DC。

Oliver Otto 博士和 Philipp Rosendahl 博士在 2013 年左右实施了这个想法。从那时起，已经发表了许多具有高影响力的科学论文，并且技术开始普及。

现在可以同时测量细胞的物理特性和荧光信号 (RT-FDC)，从而可以将细胞的物理特性与细胞生物学的黄金标准（荧光流式细胞术）进行比较和关联。近还可以沿通道动态跟踪细胞变形并研究变形的时间相关动力学 (dRT-DC)。

技术原理

1 如何高速的压缩单个细胞？

为了产生确定的力，孤立的细胞被泵送通过横截面略大于细胞横截面的微通道。周围流体的压力梯度产生流动剖面并使细胞流体动力学变形。流体的流速和粘度控制作用在细胞上的力。

细胞可以通过流体动力变形。

力由流速和粘度控制。

较软的细胞显示较大的变形。

RT-DC 中的“实时"来自于拍摄图像时对细胞轮廓的即时分析。

细胞面积、高度、宽度、纵横比等的立即计算允许对数据进行即时观察和选通。

该算法还计算细胞的亮度和亮度偏差等参数，从而深入了解形态学特性。

系统保存每个检测到的事件图像，可以轻松查看异常值是碎片还是您正在寻找的稀有细胞。

3 如何表征力进而计算杨氏模量？

以下未发布素材

肌动蛋白应力纤维组织促进浸润前乳腺癌细胞的细胞硬化和增殖

乳腺癌是女性死亡的主要原因。乳腺癌进展的多步骤过程源于癌基因和肿瘤抑制基因的遗传和表观遗传改变，这些改变赋予乳腺细胞生长和/或生存优势。随后的分子改变可能会将这些癌前细胞转化为恶性细胞，具有侵袭和转移能力。

病毒非受体酪氨酸激酶 v-Src 及其细胞同源物 c-Src 是研究多的原癌基因，涉及肿瘤发展的许多方面，包括增殖、存活、粘附、迁移、侵袭和转移。Src 蛋白水平，在更大程度上，Src 蛋白激酶活性在恶性和非恶性乳腺组织中经常升高，并且与乳腺癌患者的存活率降低显着相关。

Src 主要通过降低粘附性和调节肌动蛋白细胞骨架3来诱导肿瘤转移。由单体肌动蛋白亚基 (G-actin) 组装而成的丝状肌动蛋白 (F-actin) 的半柔性聚合物施加或抵抗力以驱动大量细胞过程，包括细胞形状、细胞移动性、胞质分裂的变化和细胞内运输。此外，肌动蛋白丝将外力转化为指导细胞反应的生化信号事件。这主要在肿瘤侵袭和恶性肿瘤的背景下进行了研究，其中来自肿瘤微环境的机械信号会影响转移级联. 反过来，转移性乳腺细胞的硬度低于健康细胞，这在很大程度上取决于细胞骨架。为了执行这些不同的功能，肌动蛋白丝通过控制在物种之间高度保守的大量肌动蛋白结合蛋白 (ABP) 组织成不同的结构. Ena/VASP（启用/血管扩张剂刺激的磷蛋白）家族蛋白，包括蛋白质启用的同源物 (Mena)、血管扩张剂刺激的磷蛋白 (VASP) 和 Ena-VASP 样 (EVL)，与肌动蛋白丝的倒刺末端相关。它们似乎对 F-肌动蛋白有不同的影响，包括通过其抗加帽活性促进肌动蛋白丝伸长、抑制分支肌动蛋白网络的形成和促进 F-肌动蛋白捆绑。因此，Ena/VASP 家族成员对癌细胞迁移和转移具有不同的影响。虽然 EVL 抑制细胞迁移，但 Mena 变体 Mena (INV) 驱动侵袭、血管内渗透和转移. 其他 ABP 抑制肌动蛋白聚合或稳定肌动蛋白丝。此外，一些 ABP 将肌动蛋白丝组织成更高阶的网络，通过交联肌动蛋白丝，或使用 F-肌动蛋白作为支架、物理支撑或轨道，以促进收缩性并产生张力。

我们以前曾报道过 Src 的促生长功能是由果蝇上皮细胞中的肌动蛋白细胞骨架控制的。在本报告中，我们研究了 F-肌动蛋白在支持 Src 下游癌症前体扩张中的作用。使用具有条件 Src 诱导的乳腺细胞系，我们证明在细胞获得恶性特征之前，它们会经历短暂的应力纤维依赖性硬化状态，导致细胞增殖和向*转化状态的进展。

骨髓生态位模拟物通过整合素信号调节 HSPC 功能

造血干细胞和祖细胞 (HSPC) 锚定在骨髓 (BM) 中称为造血生态位的特殊微环境中。这些细胞由它们的自我更新能力和产生所有成熟血细胞的能力来定义。在临床或组织工程使用之前，人类 HSPCs 可以通过表面抗原 CD34 进行富集。由于这些细胞在大多数移植来源中占少数，并且适用细胞的数量有限，因此已使用细胞因子鸡尾酒或小分子建立离体扩增培养物. 然而， HSPCs 在悬浮液中的体外培养会导致异质细胞群具有未定义的细胞身份。

在 BM 生态位中，HSPCs 不仅由细胞因子维持，而且由细胞-基质粘附初步维持，通过粘附受体介导，例如整合素 (ITG)。在这方面，发现 β1 (CD29) 和 β2 ITGs 促进 HSPCs 与间充质基质细胞 (MSCs) 的初始接触并且 β3 (CD61) 表达被证明是体内 长期再增殖 HSPCs 的标志物. 因此，使用 HSPC 和 MSC 等生态位细胞的共培养离体重塑 BM 生态位逐渐成为人们关注的焦点，并被证明是干细胞扩增的有前途的工具. 然而，在临床或研究应用中，两个细胞群的直接接触需要 HSPC 培养后纯化。

为了解决这些问题，我们使用了一种在体外重塑BM细胞外基质的新型培养方法，即从永生化间充质基质细胞（SCP-1）衍生的脱细胞细胞外基质（ECM）支架。这种支架被发现具有高度可重复性，并提供超过 500 种蛋白质，包括主要的生态位蛋白，如胶原蛋白、纤连蛋白、糖胺聚糖以及骨桥蛋白和信号分子，如基质衍生因子 1 (SDF-1)。因此，提供了存在于BM壁龛中的粘合面和物理提示。发现周围环境的生物力学力通过整合素信号转导至细胞，并在体外被证明可以控制 HSPC 的命运。 _ _ _ _ 这些物理方面被证明是分化的标志并驱动细胞命运决定。然而，HSPC 与 BM 基质相互作用的详细机制仅关于细胞外环境的了解较少。

通过培养从粒细胞集落刺激因子 (G-CSF) 动员的健康供体的外周血 (PB) 中分离的人 CD34 +细胞，在去细胞 ECM 制剂上使用低浓度的细胞因子，我们可以分离两种细胞部分：贴壁 (AT) 和上清液。 SN) 细胞，类似于与 MSC 的 HSPC 共培养物。使用实时变形细胞仪 (RT-DC)为了揭示塑料培养皿 (PCD) 中新鲜分离的 SN、AT 和经典悬浮培养的 HSPCs 的生物力学表型，我们发现新鲜分离的细胞与培养细胞相比是同质的可变形细胞和小细胞。与 PCD 培养或 SN 细胞相比，AT 细胞显示肌动蛋白聚合到应力纤维、强烈的迁移行为和不易变形的表型。发现 SDF-1 通过 CXC 趋化因子受体 4 型 (CXCR4) 被 AT 细胞主动识别和内化。此外，CXCR4 被认为在 AT 细胞中偏向 ECM 蛋白。重要的是，我们发现在 AT 细胞上诱导 ITGαIIb、ITGαV 和 ITGβ3 的表面表达，并且可以证实 ITGαvβ3 在 HSPC-ECM 相互作用中在粘附和迁移方面的重要作用。