[報告簡介]

單細(xì)胞粘附力作為生物機械學(xué)分支的重要組成部分，是細(xì)胞與外周相互作用的直觀體現(xiàn)，能夠有效的反映出細(xì)胞與基質(zhì)或細(xì)胞之間相互作用能力。細(xì)胞與基質(zhì)之間的作用力十分微小，般都在nN別，過去通常使用原子力顯微鏡才能夠進行精確測量。但是原子力顯微鏡方案往往具有通量低，操作繁瑣等問題，使得單細(xì)胞力譜的研究非常繁瑣。

基于此，Cytosurge推出的全新多功能單細(xì)胞顯微操作FluidFM技術(shù)給細(xì)胞力譜測量帶來了新的希望。該技術(shù)結(jié)合了原子力顯微鏡探測技術(shù)與微流體控制系統(tǒng)，能夠直接通過使用中空的原子力探針將細(xì)胞通過負(fù)壓抓取在探針表面，并不需要激活細(xì)胞的任何通路信號，為粘附力的測量帶來了很大的勢。方面，這種方法能夠提供遠(yuǎn)比蛋白結(jié)合牢固的多的粘附力，能夠?qū)⒓?xì)胞牢固的固定在探針上并且無需包被探針。另方面，由于沒有生物化學(xué)處理，這種方法不會改變?nèi)魏渭?xì)胞表面的通路，從而能夠得到接近細(xì)胞原生的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)具備高度自動化，能夠快速，全自動的完成力學(xué)的測定，讓單細(xì)胞力譜研究變得十分容易。

本報告將介紹FluidFM單細(xì)胞顯微操作技術(shù)的原理和發(fā)展，并結(jié)合多篇發(fā)表在期刊Nature、Cell、Bioactive Materials等上的近科研成果，深入闡述這種技術(shù)在單細(xì)胞力譜測量方面的新進展。

[直播入口]

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[報告時間]

05月25日 下午15:00-16:00

[主講人介紹]

Tamás Gerecsei 亞太區(qū)·席應(yīng)用科學(xué)家，高FluidFM解決方案工程師，Cytosurge AG

Tamás是位生物物理學(xué)家，畢業(yè)于Etvs Loránd（ELTE羅蘭大學(xué)）。 在與FluidFM在學(xué)術(shù)環(huán)境中合作多年后，他加入了Cytosurge公司，成為了名訓(xùn)練有素的微納米系統(tǒng)工程師。在Cytosurge AG，Tamás不斷推動并拓展FluidFM技術(shù)的應(yīng)用邊界，并使FluidFM技術(shù)應(yīng)用于各地研究人員的課題中。您可以經(jīng)常發(fā)現(xiàn)他在各種業(yè)的學(xué)術(shù)會議上傳播關(guān)于Cytosurge和FluidFM技術(shù)的信息。

郭亞茹 

北京大學(xué)口腔醫(yī)院，國家口腔醫(yī)學(xué)中心，獲中國博士后科學(xué)基金，并入選北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部 2021年博雅博士后項目，在Advanced functional materials、Bioactive Materials、Journal of dental research等雜志上以作者或共同作者的身份發(fā)表5篇。

2021年，在Bioactive Materials發(fā)表了題為：Matrix stiffness modulates tip cell formation through the p-PXN-Rac1-YAP signaling axis的研究文章，報道了基質(zhì)硬度通過p-PXN-Rac1-YAP信號軸調(diào)節(jié)細(xì)胞形成，這項工作不僅有助于在組織工程和再生醫(yī)學(xué)中尋找佳材料，也為腫瘤治療和病理性血管再生提供了新的治療策略。在生物材料設(shè)計和治療些病理情況方面具有殊意義。本實驗研究人員采用了多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)——FluidFM技術(shù)，實現(xiàn)了單個細(xì)胞的分離，單個細(xì)胞粘附力的測量。

[原理&應(yīng)用簡介]

FluidFM技術(shù)如何測定細(xì)胞粘附力？

眾·所周知，細(xì)胞在基質(zhì)上進行單層培養(yǎng)時，吸附在基質(zhì)表面時主要會產(chǎn)生兩種不同類型的力，種是細(xì)胞與基質(zhì)之間的粘附力，另種是細(xì)胞與細(xì)胞之間的粘附力。因此對于細(xì)胞粘附力來說，單個細(xì)胞的粘附力就是細(xì)胞與基質(zhì)之間的作用力。而單層細(xì)胞的細(xì)胞粘附力則是細(xì)胞之間相互作用力和細(xì)胞基質(zhì)與細(xì)胞之間作用力之和。如下圖所示：

因此只要同時測定單個細(xì)胞粘附力即可得到細(xì)胞與基質(zhì)之間的相互作用力，而細(xì)胞間的相互作用力則可以通過同時測量單層細(xì)胞的細(xì)胞粘附力和單個細(xì)胞的粘附力做差得到，如下公式所示：

Force _cell-cell ≌ Force _Monolayer – Force _Indiv.cell

FluidFM測量力學(xué)步驟與般的原子力顯微鏡十分類似，但是操作卻遠(yuǎn)比原子力顯微鏡簡單，這得益于FluidFM·有的中空探針。這種探針無需像普通原子力探針樣對探針進行修飾或者將細(xì)胞提前粘連在探針上，可以直接在液體中原位抓取細(xì)胞，完成粘附力測定，并且在測量后探針仍然可以繼續(xù)進行測試，并且無需對探針進行更換或再修飾。

FluidFM技術(shù)測量單細(xì)胞力譜的基本流程。

僅需操作鼠標(biāo)系統(tǒng)即可自動完成對細(xì)胞的抓取和粘附力的測量。

此外FluidFM系統(tǒng)會自動記錄探針運動軌跡和力學(xué)曲線，如上圖中所示當(dāng)探針開始靠近細(xì)胞后，探針表面開始出現(xiàn)壓力變化，當(dāng)系統(tǒng)達到設(shè)定力學(xué)值后系統(tǒng)會自動停止下降并開始施加負(fù)壓抓住細(xì)胞。隨著探針開始上升，細(xì)胞給予探針的拉力隨之增高，并逐漸達到臨界，隨后細(xì)胞脫離基質(zhì)，探針受力趨近于零，而這過程中探針受力的大值即為細(xì)胞粘附力。

FluidFM技術(shù)測量HeLa細(xì)胞核CHO細(xì)胞的粘附力。

能夠高通量測量單細(xì)胞粘附力譜

FluidFM測量粘附力十分智能化，僅需5分鐘即可完成單個細(xì)胞的粘附力測定，天可完成上百個細(xì)胞的測量，能夠大幅度提升單細(xì)胞力譜測量的通量，讓單細(xì)胞力譜研究變得簡單、快速、高通量。

應(yīng)用舉例：FluidFM技術(shù)測定衰老內(nèi)皮細(xì)胞的力譜

內(nèi)皮細(xì)胞衰老導(dǎo)致細(xì)胞表型的改變與心血管疾病有著密切關(guān)系。隨著細(xì)胞的衰老，細(xì)胞的粘附力等機械屬性會有很大改變，因此對于細(xì)胞粘附力的研究將有助于理解細(xì)胞衰老的變化。Nafsika Chala等人用FluidFM技術(shù)對血管內(nèi)皮細(xì)胞與基底之間的粘附力進行研究發(fā)現(xiàn)，衰老的細(xì)胞與正常細(xì)胞存在著nN別粘附力差異。如下圖所示：

FluidFM技術(shù)用于衰老與正常細(xì)胞的單細(xì)胞粘附力測定。

對比衰老小、大和正常細(xì)胞的細(xì)胞尺寸（a）、細(xì)胞粘附力（b）和細(xì)胞周長（c）及單細(xì)胞粘附力/面積（e）和單細(xì)胞粘附力/周長（f）的變化。

研究者認(rèn)為，衰老內(nèi)皮細(xì)胞的粘附力增加是與細(xì)胞的粘著斑增加有關(guān)，表明衰老細(xì)胞能夠加強與基質(zhì)的相互作用從而防止內(nèi)皮剝脫，但是受制于血流的影響這種能力受到了很大限制。

應(yīng)用舉例二：FluidFM揭示應(yīng)力依賴性酵母交配中的分子相互作用

性凝集素是芽殖酵母釀酒酵母介導(dǎo)細(xì)胞聚集交配的關(guān)鍵蛋白。交配細(xì)胞表達的互補凝集素類“a”型和“α”型的結(jié)合是促進細(xì)胞的凝集和融合的關(guān)鍵。Marion Mathelié-Guinlet等通過測量“a”型和“α”型結(jié)合的單個定鍵的強度（~100 pN），發(fā)現(xiàn)延長細(xì)胞間的接觸能夠大大地增加了交配細(xì)胞間的粘附力，而這種增強可能是由于凝集素的表達。

FluidFM技術(shù)用于酵母屬間交配過程單細(xì)胞力譜測量。

MATa與MATα相互作用的示意圖（a）和Fluid測量細(xì)胞間相互作用示意圖（b）及測量結(jié)果（c）；用DTT和DEPC藥物刺激研究二硫鍵和His₂₇₃對粘附的影響（d）、其示機制意圖（e）和無粘附、DTT和DEPC粘附發(fā)生的概率（f）；以及物理應(yīng)力增強MATa和MATα細(xì)胞之間的粘合力（g）、發(fā)生頻率（h）及破裂長度（i）。

此外，研究組發(fā)現(xiàn)凝集素二硫鍵在粘附過程中起到了關(guān)鍵作用，而這作用主要來自于α-凝集素的組氨酸殘基His₂₇₃。更為有趣的是，作者發(fā)現(xiàn)機械張力增強了相互作用的強度，這可能是由于激誘導(dǎo)凝集素構(gòu)象從弱結(jié)合折疊狀態(tài)轉(zhuǎn)換成強綁定伸展?fàn)顟B(tài)導(dǎo)致。這項研究很好地展現(xiàn)了種理解控制酵母性別的復(fù)雜機制的可能方法。

總結(jié)

        細(xì)胞粘附力測定在細(xì)胞生命科學(xué)研究中起著至關(guān)重要的作用，然而傳統(tǒng)手段中有著各種各樣的局限性，主要原因是缺乏種能夠有效抓取細(xì)胞并進行力學(xué)測定的手段。現(xiàn)如今FluidFM技術(shù)在細(xì)胞粘附力測定中的使用，使得研究者們有了種能夠有效、低損的方式抓取細(xì)胞，配合原子力顯微鏡的精確測量的性，真正意義上做到精準(zhǔn)、無損、快速的測量單細(xì)胞粘附力，幫助研究者尋找細(xì)胞粘附力與細(xì)胞生命發(fā)展、腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移之間的關(guān)系。

相關(guān)產(chǎn)品：

1、多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)- FluidFM OMNIUM

http://www.61safe.com/product/detail/30207534.html