适用于细胞力学表型测量的高通量磁镊搭建与应用

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细胞的力学表型与细胞的诸多生理功能紧密关联,例如,肿瘤细胞的表面弹性信息在肿瘤形成与转移过程中表现出与正常细胞显著区别,因此其是一种潜在的具有临床检测价值的肿瘤标志物。然而,由于细胞的异质性,即使同一种类细胞也存在较大的个体细胞间力学性质差异,这导致了细胞力学性质测量结果中存在高水平的不确定度,严重影响了细胞力学表型研究结果的可靠性。为了避免上述问题,往往需要通过大量重复实验,获得统计性的可靠结果。而目前,以原子力显微镜等为代表的细胞力学测量技术尚未能在细胞层面实现高通量检测。因此,其大幅降低了细胞力学表型研究的效率,限制了其作为标志物应用于临床检测的可能性。针对上述问题,本文首先在课题组已有磁镊的基础上改进磁场源设计,使之可以在1mm~2的范围内最大产生约35p N的均匀磁场力。同时结合荧光成像技术去除了细胞背景对磁珠磁珠定位分析的干扰,提高了磁珠垂直位置的测量分辨率。第三,为了从测量数据中提取样品真实弹性,本文提出一种基于噪声卷积的数据分析方法用于细胞弹性计算。在此基础上,本文测试了琼脂糖、人乳腺肿瘤细胞(MCF-7)和小鼠成纤维细胞(NIH-3T3)弹性,结果与已发表文献结论一致,证明本磁镊系统的有效性。改建的磁镊系统每次测量可以获得百余个有效的数据点,极大地提升了实验效率,证明了本磁镊系统的高通量性能。最后,本文利用不同初始种植密度的人结肠肿瘤细胞(HCT-116)探究上皮间充质转化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)过程中细胞力学特性的变化,发现上皮状态的高密度HCT-116细胞比间充质状态的低密度HCT-116细胞更软,由此初步推测在于肿瘤细胞转移过程中需要转移的先导细胞通过EMT提高自身硬度,以挤破组织基底膜,实现跨组织转移。
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