高通量細(xì)胞力量測試分析裝置-收縮力測試,熒光黏附彈性圖案,牽引力顯微鏡,細(xì)胞收縮力測試表型

細(xì)胞產(chǎn)生的力高通量測試裝置

背景：

細(xì)胞具有產(chǎn)生力的能力，細(xì)胞使用物理力量來執(zhí)行重要的功能——當(dāng)這種力量被破壞時，在執(zhí)行重要功能時縮短和再延長，疾病就會隨之而來。傳統(tǒng)上，測量這樣的力是困難的，但是以下兩種新的方法現(xiàn)在可以同時測量成千上萬個細(xì)胞的細(xì)胞產(chǎn)生的力。

測試方案：

一、細(xì)胞收縮力高通量檢測多孔板-24、96、384孔板：

圖1：原理圖：

1.1）細(xì)胞收縮力測試24孔板

1.2）細(xì)胞收縮力測試384孔板

1.3）細(xì)胞收縮力測試384孔板

該可高通量檢測細(xì)胞收縮力的多孔板是軟膜底嵌有熒光微圖案的*微孔板，上面有100,000多個均勻分布的X或+形的具有粘性蛋白質(zhì)微圖案，細(xì)胞沉降并附著在其上，嵌入板中的X具有彈性，因此每當(dāng)細(xì)胞收縮時它們就會收縮。 X帶有分子標(biāo)記，可以發(fā)出熒光，從而可以成像和量化縮小的形狀。

可以成像和定量，因此研究人員可以將X或十字架的變形與單個細(xì)胞或成千上萬個細(xì)胞的一定量的力相關(guān)聯(lián)。該技術(shù)還為研究人員提供了查看單個細(xì)胞鈣反應(yīng)以及它們與細(xì)胞強(qiáng)度之間的關(guān)系的能力。

該技術(shù)也可以用于藥物發(fā)現(xiàn)。研究人員可以快速，輕松地測試不同的治療分子，以了解它們?nèi)绾斡绊懠?xì)胞力以及是否可以糾正任何潛在的力問題。

在具有可控剛度的彈性薄膜中嵌入用戶設(shè)計的粘合劑和熒光微圖案，形成非常密集但均勻的陣列(> 120微米/每平方毫米)。100000個患者來源的單細(xì)胞(地從疾病起源的人體組織中獲得)獨立地定位并粘附在微圖案上(每個微圖案一個細(xì)胞)，它們對該微圖案施加牽引力并明顯改變其形狀，從而能夠在*的吞吐量下對細(xì)胞收縮性進(jìn)行直觀的基于圖像的評估。

1)熒光彈性可收縮表面的微圖案化
—在具有可控剛度的彈性薄膜中嵌入用戶設(shè)計的粘合劑和熒光微圖案，形成非常密集但均勻的陣列(> 120微米/每平方毫米)。100000個患者來源的單細(xì)胞(地從疾病起源的人體組織中獲得)獨立地定位并粘附在微圖案上(每個微圖案一個細(xì)胞)，它們對該微圖案施加牽引力并明顯改變其形狀，從而能夠在*的吞吐量下對細(xì)胞收縮性進(jìn)行直觀的基于圖像的評估。

2)基于圖像的受控單細(xì)胞收縮性的動力學(xué)可視化
—例如，384孔板內(nèi)的每個附著細(xì)胞的微圖案在延長的時間內(nèi)以精細(xì)的時間分辨率被獨立監(jiān)控，以直接觀察收縮行為的全部范圍，從緊張性收縮到誘導(dǎo)性收縮或松弛，以及任一效應(yīng)的作用窗口。選擇“x”形微圖案以小化細(xì)胞-基底接觸面積，同時大化細(xì)胞擴(kuò)散面積，從而在不同位置產(chǎn)生放大和集中的力。由于每個微圖案都與其他微圖案機(jī)械分離，粘附的細(xì)胞不會將應(yīng)變傳遞給相鄰的微圖案，從而確保對群體中每個單個細(xì)胞的收縮力進(jìn)行可靠的評估。

3)單細(xì)胞收縮性的自動化和直觀的圖像分析
—基于該方法的檢測產(chǎn)生直觀、明確的收縮信號——提供直接的圖像分析，以從成像群體中的每個單細(xì)胞獲得定量和可靠的數(shù)據(jù)。

可以同時獲取1000多個均勻圖案的單細(xì)胞的強(qiáng)大的收縮性數(shù)據(jù)，并與96-和384孔板格式無縫地集成，以促進(jìn)大規(guī)模的藥物篩選

二、細(xì)胞牽引力顯微鏡及微柱陣列介紹

圖4：細(xì)胞牽引力顯微鏡

圖5：細(xì)胞微柱陣列，可定制剛度、大小、形狀和間距。

世聯(lián)博研專注細(xì)胞力學(xué)、微觀組織材料力學(xué)設(shè)備銷售，提供細(xì)胞應(yīng)力加載培養(yǎng)、微觀力學(xué)測試分析系統(tǒng)等設(shè)備，點擊此處查看更多

細(xì)胞力產(chǎn)生和力傳遞綜合測量分析系統(tǒng)

1、背景和解決方案：

       在生理和病理條件下，細(xì)胞本身產(chǎn)生的或細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 通過粘著斑 (FA) 和粘附連接 (AJ) 傳遞的機(jī)械力已知在調(diào)節(jié)各種細(xì)胞行為中發(fā)揮重要作用。

細(xì)胞胞力的產(chǎn)生和力的傳遞：

對于許多生物過程至關(guān)重要，量化通過基于E-鈣粘蛋白的粘附連接施加的細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞內(nèi)力，將在生物學(xué)研究領(lǐng)域闡明與機(jī)械力響應(yīng)相關(guān)的細(xì)胞功能方面發(fā)揮基礎(chǔ)性作用，

該系統(tǒng)為理解生物力學(xué)力在單個細(xì)胞、多細(xì)胞以及細(xì)胞-細(xì)胞/細(xì)胞-ECM 界面上的作用的提供了新方法，將為革新再生醫(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)境的機(jī)制的許多方面。

2、該系統(tǒng)綜述：

該系統(tǒng)支持基于微柱陣列法、FLECS熒光彈性基底微圖案法、集成熒光微珠嵌入聚丙烯酰胺凝膠法、PDMS合規(guī)的薄硅膜法，集優(yōu)棄劣進(jìn)行力生成和應(yīng)力傳遞分析，可以2D細(xì) 胞，也可以3D細(xì)胞嵌入水凝膠中，并結(jié)合時間依賴性 (4D)的細(xì)胞內(nèi)源力產(chǎn)生與力傳遞量化分析實驗?？捎糜趩蝹€細(xì)胞、多細(xì)胞之間、細(xì)胞集落和融合細(xì)胞層（cell sheet）中的力生成和應(yīng)力傳遞分析，為理解生物力在單個細(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，將為革新再生醫(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)境的機(jī)制的許多方面，對于深刻理解許多生物過程至關(guān)重要。

該系統(tǒng)解決了從具有已知彈性的粘性基底測量的細(xì)胞力引起的變形重建細(xì)胞基質(zhì)牽引力和細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)應(yīng)力的逆問題。除了應(yīng)力和力生成的標(biāo)準(zhǔn)測量之外，

還可以進(jìn)行包括線性張力測量（一種專門用于細(xì)胞邊界的力傳遞測量），允許用戶設(shè)置所必要的分析參數(shù)，選擇感興趣的區(qū)域，檢查輸入?yún)?shù)和中間結(jié)果，

并計算描述力、應(yīng)力及其分布的各種參數(shù)，允許非用戶對此類實驗進(jìn)行全面評估，可讓您快速分析可視化大型數(shù)據(jù)集。

可選配時差顯微鏡活細(xì)胞工作站，為顯微鏡提供類似培養(yǎng)箱的氣體溫度濕度控制；

可選的共聚焦超高分辨率TIRF顯微鏡

2.2、測試方法：

• 2.2.1、細(xì)胞微柱陣列：
  
  細(xì)胞主要黏附于與基底垂直微柱的上面，可以直接根據(jù)微柱的彎曲變形程度與方向測定與細(xì)胞接觸點牽引力的大小與方向。

  2.2.2、熒光微珠嵌入聚丙烯酰胺凝膠：
  
  通過培養(yǎng)在具已知彈性軟基底（聚丙烯酰胺(PA)膠），細(xì)胞收縮過程中對基底產(chǎn)生的牽引力使基底產(chǎn)生變形，這種變形反映到熒光微珠的運動；用熒光顯微鏡采集熒光微珠的運動信息，經(jīng)圖像處理后，得到基底的應(yīng)變信息，然后通過一定的力學(xué)模型，定量反演出細(xì)胞的牽引力；細(xì)胞收縮或遷移過程中各個時刻的力分布就可以可視化在計算機(jī)屏幕上

  2.2.3、熒光彈性可收縮表面微圖案化多孔板高通量細(xì)胞收縮力檢測多孔板-24、96、384孔板：
  
  該可高通量檢測細(xì)胞收縮力的多孔板是軟膜底嵌有熒光微圖案的du特微孔板，上面有100,000多個均勻分布的X或+形的具有粘性蛋白質(zhì)微圖案，細(xì)胞沉降并附著在其上，嵌入板中的X具有彈性，因此每當(dāng)細(xì)胞收縮時它們就會收縮。 X帶有分子標(biāo)記，可以發(fā)出熒光，從而可以成像和量化縮小的形狀

  2.2.4、合規(guī)PMDS基底多孔板：
  
  采用軟彈性基底，通過細(xì)胞與彈性基底相互作用引起的基底變形來測定或計算細(xì)胞牽引力

  可定制剛度0.1kPa 至 100 kPa 的楊氏彈性模量、蛋白質(zhì)涂層

• 2.3、適用樣品：

  2D單個細(xì)胞、3D凝膠包埋的細(xì)胞、細(xì)胞集落和融合細(xì)胞層中的力生成和應(yīng)力分析，細(xì)胞收縮力、細(xì)胞之間相互用力、細(xì)胞與ECM之間相互用力、跨細(xì)胞邊界作用力、平均法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力

• 2.4、典型測試應(yīng)用：

有許多不同的方法可以測量力的產(chǎn)生和應(yīng)力。在這里，您可以找到可以使用該程序計算的數(shù)量的概覽。

2.4.3、收縮力

收縮力定義為牽引力向一個點（稱為力中心）的投影之和。因此，如果力都已經(jīng)指向一個中心點，則收縮性很高。局部相反的力和不指向力震中的力對收縮性沒有貢獻(xiàn)。能夠以力似乎源自單個點的方式協(xié)調(diào)其力產(chǎn)生的細(xì)胞或細(xì)胞群可以獲得高收縮性，同時消耗相對少量的應(yīng)變能。

這在圖13中進(jìn)一步說明。案例 A 代表具有兩個具有高度協(xié)調(diào)力生成的細(xì)胞的細(xì)胞集落，案例 B 代表具有協(xié)調(diào)性的細(xì)胞。在情況 B 中，每個細(xì)胞自行產(chǎn)生收縮力。因此，如果我們假設(shè)情況 A 和 B 中的應(yīng)變能相等，則情況 B 的收縮性較低。

綜上所述：應(yīng)變能是總力產(chǎn)生的量度，而收縮性是協(xié)調(diào)力產(chǎn)生的量度。

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