比原子力显微镜快的细胞力学仪器-细胞力学-世联博研

高通量单细胞力学测试系统的技术原理

高通量单细胞力学测试系统用流体动力使细胞变形：当单个细胞通过狭窄的通道时，周围的流体会产生使单个细胞变形的力。这些力源于流体内的摩擦力，这会逐渐降低靠近通道壁的流速。通道中的细胞暴露于液体中由此产生的速度梯度，并经历施加轻柔挤压的力场。高速成像揭示了由此产生的细胞变形。变形程度表示细胞的刚度。

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。

高通量单细胞力学测试系统能快速测量单细胞的变形能力。细胞以几厘米/秒的速度从右向左流动，通过来自上下两个通道的鞘流集中在微通道中。系统允许以高达每秒 1000 个细胞的高速率进行非*性的连续测量 - 比其他细胞力学分析方法（例如，微量移液器抽吸 100 个细胞/小时，RT-DC 1，000 个细胞/秒）提高了 10000 倍。

高通量有助于在细胞生物学和临床研究中作为标准分析方法的应用，只需几分钟即可获得具有统计意义的单细胞测量值。通过对细胞大小或变形能力进行门控，可以检测到低数量的细胞亚群。

动态实时变形细胞分析在复杂样品中的高通量单细胞力学测试

随着对细胞状态和功能进行无标记表型分析的潜力，细胞的机械力学特性在过去几年中变得越来越重要。由于对细胞骨架和细胞核的改变敏感，这种生物标志物已被用于跟踪的稳定性、传代和分化，跟踪*细胞的，以及表征代谢状态。由于机械表型分析基于内在的细胞材料特性，因此它可以作为传统分子生物学方法的补充方法，并且在不需要或不可用分子标记的基础和应用研究中变得越来越重要。然而，迄今为止，高速单细胞力学弹性模量测试，由于缺乏快速和稳健的测量技术，机械表型向生命科学应用的广泛转化受到了阻碍。虽然原子力显微镜、微量吸管和光学拉伸等传统方法于每小时不到 100 个细胞的分析速率。但微流体概念引入将通量提高了几个数量级。 高通量单细胞力学测试在流体动力学环境中的连续变形允许每秒 100-10，000 个细胞的吞吐率，这是筛选应用的先决条件，例如生物物理和分子分析的结合或在再生医学中gan细胞的表征。

与成熟的细胞生物学技术（如流式细胞术）相比，比原子力显微镜快的细胞力学仪器，机械细胞表征的参数空间不能简单地通过额外的分子标记来扩展，细胞力学无标记快速测试，而是于可以从声学、机械或光学测量中提取的任何信息. 然而，细胞远离热平衡。它们对蠕变或应力松弛形式的外部机械载荷的响应是高度非线性的，并由主动和被动内在重塑两者驱动，必须探索将细胞骨架特性与细胞功能联系起来. 虽然初在贴壁细胞上进行了流变实验和频率相关复数模量的测定，但高通量单细胞力学测试系统与高速视频显微镜相结合，能够提高吞吐量并扩展到悬浮细胞。

对衍生红细胞的高通量单细胞力学测试以进行细胞下游加工

已经使用胚胎在体外产生了潜在的可输血红细胞，细胞力学，诱导多能，来自或脐带血的 CD34 细胞，以及近一种永生化的*红细胞系（布里斯托红系* BEL-A ) 。

然而，目前使用的差异化协议并不是 100% 有效的。具体来说，该协议的终产品是一种异质细胞混合物，不仅包含功能齐全的去核 mRBC，还包含在去核过程中排出的自由浮动核和未分化的有核细胞。残留的、部分分化的细胞和细胞核的存在，如果注射到患者体内会带来健康风险，因此对于 mRBC 和其他细胞疗法而言，必须通过开发适当的纯化程序来缓解这一严重问题. 传统上，分离是通过荧光激分选 (FACS) 和磁激分选 (MACS) 进行的。这两种技术都非常具体，因为它们利用分子生物标志物，但需要添加昂贵的修饰剂，如或 DNA 染色剂，以及单独的质量控制过程。此外，这些技术的通量是有限的（例如，本研究中使用的 FACS 仪器每小时107 个细胞），工业上可行的技术需要具有成本效益、自动化和可扩展的方法.

高通量单细胞力学测试系统实现了了对这些变化的次广泛的定量分析，结合了高通量微流体和传统的生物物理表征。具体来说，高通量单细胞力学测试表征了脐带血 CD34 在体外进行的机械分型分化为红细胞，*关注四个关键阶段。收集的数据使用实时变形细胞仪 (RT-DC)、原子力显微镜 (AFM) 和明场/荧光成像来确定去核细胞、有核细胞和自由浮动细胞核的大小和可变形性。