植入物被植入人體后，會被蛋白質(zhì)和細(xì)胞覆蓋。為了了解這些界面上的相互作用，需要使用體外工具。允許動態(tài)和靜態(tài)流動條件的實(shí)時(shí)無標(biāo)簽平臺被用來了解細(xì)胞粘附，并以這種方式提高植入物的兼容性。同樣的特點(diǎn)也有利于基于細(xì)胞檢測的生物傳感器的發(fā)展。細(xì)胞也可以用作臨床生物傳感器(用于癌癥)研究中的分析物。

      采用多參數(shù)表面等離子體共振(MP-SPR)技術(shù)測定了人間充質(zhì)干細(xì)胞(ADMSC)和溶菌酶蛋白在幾十微米厚的羥基磷灰石(HA)表面上的附著。羥基磷灰石是存在于牙齒和骨骼中的一種成分，其合成形式被廣泛用于骨科假體中，以增強(qiáng)種植體的骨整合。MP-SPR測量結(jié)果表明，細(xì)胞傾向于與HA涂層結(jié)合，而不是金涂層。

       在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，開發(fā)了一種生物傳感器來檢測腫瘤細(xì)胞，測定乳腺癌細(xì)胞(MCF7)和非癌細(xì)胞(MCF-10A)與表面結(jié)合的靶向肽(18-4)和參比肽的結(jié)合情況。生物傳感器表面能夠區(qū)分癌細(xì)胞和正常細(xì)胞。

簡介

       在藥物發(fā)現(xiàn)和生物傳感器開發(fā)領(lǐng)域，通常需要確定生物分子相互作用。表面等離子體共振(SPR)是一種成熟的實(shí)時(shí)測量無標(biāo)記分子相互作用的方法。強(qiáng)大的多參數(shù)表面等離子體共振(MP-SPR)儀器可以進(jìn)行寬角度范圍(40-78度)和多個(gè)波長的測量，這將SPR的適用性擴(kuò)展到組織工程和使用全細(xì)胞和納米顆粒的生物傳感。廣泛的測量范圍使得MP-SPR能夠測量比SPR場穿透深度厚得多的薄膜，例如微米厚的聚合物、陶瓷薄膜或活細(xì)胞。

圖一：A、研究了干細(xì)胞(AD-MSC)在陶瓷羥基磷灰石表面的結(jié)合對骨科假體發(fā)育的影響。

B、通過測定乳腺癌細(xì)胞MCF7與靶肽的結(jié)合，開發(fā)用于血液腫瘤檢測的生物傳感器。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

       羥基磷灰石(HA)在基質(zhì)上形成數(shù)十微米厚的多孔層。掃描電鏡(SEM)測得其厚度為24±6 μm（圖二）。在金表面，細(xì)胞粘附在10分鐘內(nèi)達(dá)到平臺值。相比之下，HA表面的結(jié)合明顯較慢，90分鐘后才達(dá)到平臺期（圖三）。AD-MSC細(xì)胞在羥基磷灰石表面的附著明顯強(qiáng)于金表面。多孔羥基磷灰石涂層的有效表面積大于金表面的有效表面積。

圖二：在空氣中測量有和沒有HA涂層的TiO₂傳感器滑動的全SPR曲線

圖三：與金相比，AD-MSC細(xì)胞在羥基磷灰石(HA)上的粘附明顯更強(qiáng)

        這影響結(jié)合率和細(xì)胞的粘附量，透明質(zhì)酸有利于細(xì)胞附著，從而促進(jìn)種植體骨整合。溶菌酶蛋白與透明質(zhì)酸涂層緊密結(jié)合(圖四)。然而，部分蛋白質(zhì)在漂洗過程中與表面分離，表明蛋白質(zhì)和透明質(zhì)酸涂層之間的相互作用相當(dāng)弱。

圖四：溶菌酶在羥基磷灰石涂層上的結(jié)合動力學(xué)

       癌細(xì)胞(MCF7)與靶肽的結(jié)合明顯強(qiáng)于與參比肽的結(jié)合(圖五)。兩種細(xì)胞類型均與參考肽表面結(jié)合，表明細(xì)胞對底物的非特異性結(jié)合程度較低。非癌細(xì)胞與目標(biāo)肽的結(jié)合甚至低于與參考表面的結(jié)合，從而表明對癌細(xì)胞具有理想的肽選擇性。肽表面對癌細(xì)胞的敏感性低至5±3個(gè)細(xì)胞/mL。

圖五：癌細(xì)胞(MCF7)和非癌細(xì)胞(MCF10A)與靶肽和參比肽的結(jié)合。

結(jié)論

       MP-SPR測量細(xì)胞在幾微米厚的涂層上以及在表面固定的靶分子上的粘附性。這種實(shí)時(shí)技術(shù)適用于測量各種材料的結(jié)合動力學(xué)，從金屬(TiO2)和陶瓷(HA)到軟材料材料(PDMS)。MP-SPR測量在受控溫度(15至45°C)和靜態(tài)和動態(tài)流動條件下，從而使儀器強(qiáng)大并能為活細(xì)胞傳感。