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      聲波可以監(jiān)測活細胞的僵硬度
      
			
      
				2019-02-17 15:54:34
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      麻省理工學院的工程師設計了一種新的，非侵入性的方法，用聲波測量活細胞的剛度。他們的技術允許他們監(jiān)測幾代中的單個細胞，并研究當細胞經歷細胞分裂周期時硬度如何變化。
      

      研究人員表示，這種方法也可用于研究其他生物現象，如程序性細胞死亡或轉移。
      

      聲波可以監(jiān)測活細胞的僵硬度
      

      “無孔監(jiān)測單細胞機械特性可能對研究許多不同類型的細胞過程很有用，”麻省理工學院科學研究所生物工程和機械工程系的安德魯和埃爾娜維特比教授斯科特馬納利斯說。綜合癌癥研究，該研究的資深作者。
      

      研究人員表示，它還可用于分析患者的腫瘤細胞對某些藥物的反應，可能有助于醫(yī)生為個體患者選擇最佳藥物。
      

      麻省理工學院研究生Joon Ho Kang是該論文的第一作者，該論文發(fā)表在2月11日出版的“自然方法”雜志上。其他作者包括博士后Teemu Miettinen和Georgios Katsikis，研究生Lynna Chen，訪問學者Selim Olcum和化學工程教授Patrick Doyle。
      

      獨特的測量
      

      新的測量技術利用Manalis實驗室之前開發(fā)的一種技術來測量細胞的質量。這種被稱為懸浮微通道諧振器(SMR)的裝置可以測量細胞的質量，因為它們流過一個在真空腔內振動的微小的充滿液體的懸臂。當細胞流過通道時，它們的質量會略微改變懸臂的振動頻率，并且可以根據頻率的變化來計算細胞的質量。
      

      在這項新研究中，研究人員發(fā)現它們還可以測量細胞僵硬度的變化 - 特別是一種稱為皮層的細胞結構，位于細胞膜下方。皮層有助于確定細胞的形狀，主要由肌動蛋白絲組成。這些細絲的收縮和松弛經常發(fā)生在諸如細胞分裂，轉移和程序性細胞死亡的過程中，導致皮質硬度的變化。
      

      在過去的幾年里，Manalis和他的學生意識到懸臂的振動也產生了一種聲波，可以用來測量流過設備的顆粒或細胞的剛度。當粒子流過通道時，它會與聲波相互作用，從而改變整體能量平衡。這改變了懸臂的振動，其量根據細胞或顆粒的剛度而變化。這允許研究人員通過測量振動的變化來計算細胞的剛度。
      

      研究人員證實，他們的技術是準確的，通過測量在Doyle實驗室中創(chuàng)建的已知剛度的水凝膠顆粒，并在它們流過設備時進行測量。
      

      用于產生這些測量的聲波僅使電池干擾約15納米，遠小于大多數現有技術用于測量機械特性所產生的位移。
      

      細胞分裂
      

      麻省理工學院的研究小組表明，當它們在SMR設備中來回流動時，他們可以使用這種技術反復測量單個細胞的剛度超過20小時。在此期間，他們能夠通過兩個或更多細胞分裂周期監(jiān)測僵硬。他們發(fā)現，隨著細胞進入有絲分裂，僵硬度降低，研究人員認為這是由于細胞準備分裂時發(fā)生的腫脹。通過對細胞進行成像，他們證實細胞皮質隨著細胞膨脹而變薄。
      

      研究人員還發(fā)現，細胞剛度在分裂前就會動態(tài)變化。肌動蛋白在赤道區(qū)域積聚，使細胞更硬，而極性區(qū)域隨著肌動蛋白暫時耗盡而變得更加放松。
      

      “我們可以用我們的測量剛度的方式，以無標簽，無創(chuàng)的方式觀察肌動蛋白的動力學，”Kang說。
      

      研究人員計劃開始使用這種技術來測量更小顆粒(如病毒)的剛度，并探討該測量是否與病毒的感染性相關。
      

      “現有方法無法測量具有有意義吞吐量的亞微米顆粒的剛度，”Manalis說。這種能力可以幫助正在開發(fā)可以作為可能的疫苗進行測試的弱化病毒的研究人員。這種測量也可以用來幫助表征微小顆粒，如那些用于藥物遞送。
      

      另一個可能的應用是將剛度測量與Manalis實驗室開發(fā)的質量和生長速率測量相結合，作為個體癌癥患者對特定藥物的反應的可能預測因子。
      

      “當談到精密醫(yī)學的分析時，從同一細胞中測量多種功能特性可能有助于使測試更具預測性，”Manalis說。
      

      該研究由國家癌癥研究所(NCI)的科赫研究所支持資助，路德維希分子腫瘤學中心，NCI癌癥系統(tǒng)生物學聯合會和美國陸軍研究辦公室的協作生物技術研究所資助。
      
			

			
        
      
			
      
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