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      成像算法收集有關(guān)細(xì)胞如何移動(dòng)的信息
      
			
      
				2019-01-29 09:25:20
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      布朗大學(xué)的工程師開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)，幫助研究人員了解細(xì)胞如何穿過(guò)體內(nèi)的復(fù)雜組織。他們希望該工具可用于了解各種細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，從癌細(xì)胞如何遷移到免疫細(xì)胞如何進(jìn)入感染部位。該技術(shù)在發(fā)表在“ 美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊 ”上的論文中有所描述。
      

      成像算法收集有關(guān)細(xì)胞如何移動(dòng)的信息
      

      用于研究細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)方法稱為牽引力顯微鏡(TFM)。科學(xué)家們?cè)诩?xì)胞沿著二維表面移動(dòng)時(shí)，或通過(guò)設(shè)計(jì)為實(shí)際身體組織的三維凝膠的三維凝膠拍攝細(xì)胞圖像。通過(guò)測(cè)量細(xì)胞在移動(dòng)時(shí)移動(dòng)2-D表面或3-D凝膠的程度，研究人員可以計(jì)算細(xì)胞產(chǎn)生的力。問(wèn)題在于，為了進(jìn)行計(jì)算，必須知道人造組織環(huán)境的剛度和其他機(jī)械性質(zhì)。
      

      “如今在組織工程中，我們可以制造非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，更像是真實(shí)的組織，但由于它們?nèi)绱藦?fù)雜，我們無(wú)法了解所有的機(jī)械性能，”工程學(xué)助理教授Christian Franck說(shuō)。在布朗。“所以我們有這些偉大的組織環(huán)境，但我們不能用它們來(lái)進(jìn)行TFM計(jì)算。”
      

      為了提出一種新的方法，弗蘭克與他的學(xué)生和布朗工程學(xué)院的同事哈內(nèi)什·凱薩里(Haneesh Kesari)合作，他專攻固體力學(xué)。
      

      “這是Haneesh發(fā)現(xiàn)了所謂的平均變形理論，”弗蘭克說(shuō)。“這個(gè)理論允許我們做的是構(gòu)建一個(gè)類似于牽引力顯微鏡的框架，但不需要知道機(jī)械特性。我們可以通過(guò)分析圖像并觀察細(xì)胞在與環(huán)境相互作用時(shí)如何變形來(lái)進(jìn)行計(jì)算“。
      

      想象一下用手指擠壓橡皮球。在手指推動(dòng)球的每個(gè)位置，都有一個(gè)凹陷。平均變形理論基本上將所有這些凹陷相加并返回一個(gè)數(shù)量，表示整個(gè)球的形狀凈變化。在細(xì)胞中，理論通過(guò)將細(xì)胞在與其移動(dòng)的組織相互作用時(shí)變形的所有位置相加來(lái)得到一定量。
      

      “很棒的是，我們得到的一個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)量類似于我們從TFM獲得的力量，我們可以從中獲得大量其他數(shù)量，”弗蘭克說(shuō)。“我們可以對(duì)從TFM派生的數(shù)量進(jìn)行相同類型的統(tǒng)計(jì)分析。”
      

      為了了解該技術(shù)的功能，F(xiàn)ranck與Brown的Warren Alpert醫(yī)學(xué)院的外科(研究)教授Jonathan Reichner合作。他們對(duì)人體中性粒細(xì)胞進(jìn)行了成像 - 白細(xì)胞在對(duì)抗感染時(shí)起著關(guān)鍵作用 - 當(dāng)它們穿過(guò)復(fù)雜的膠原基質(zhì)時(shí)。對(duì)健康的中性粒細(xì)胞以及改變模擬細(xì)胞的細(xì)胞進(jìn)行成像，所述細(xì)胞參與膿毒性休克 - 白細(xì)胞的潛在致命功能障礙。
      

      這項(xiàng)工作顯示了健康細(xì)胞和膿毒癥模型之間的一些有趣的差異，這是以前沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的。例如，該算法表明處于疾病狀態(tài)的細(xì)胞傾向于比健康細(xì)胞更具收縮性。它們?cè)谝苿?dòng)時(shí)也傾向于旋轉(zhuǎn)，而健康細(xì)胞則不然。
      

      “我們能夠顯示健康細(xì)胞和疾病狀態(tài)之間的顯著差異，”弗蘭克說(shuō)。“這些差異如何與疾病有關(guān)，我們還不知道，但我們現(xiàn)在有能力看到這些差異并試圖理解它們的含義。”Franck和他的同事們計(jì)劃在網(wǎng)上免費(fèi)提供支持該技術(shù)的軟件供其他研究人員使用。“所有他們需要使用的都是三維圖像，”弗蘭克說(shuō)。“一旦他們擁有圖像，軟件就會(huì)分析它們。”
      
			

			
        
      
			
      
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