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科学家使用声波监测活细胞的刚度

时间：2022-02-19 18:25:17 来源：

麻省理工学院研究人员提出了一种使用声波非侵入性测量活细胞刚度的方法。

麻省理工学院工程师已经设计了一种新的非侵入性的方式来测量使用声波的活细胞刚度。它们的技术允许它们在几代内监测单个单元，并调查随着细胞通过细胞锁定循环的刚度如何变化。

研究人员说，这种方法也可用于研究其他生物现象，例如编程细胞死亡或转移。

“单细胞机械性能的非侵入性监测对于研究许多不同类型的细胞流程可能是有用的，”斯科特曼纳斯（Andrew和Erna Viterbi）在MIT的科赫研究所的成员的麻省理工学院的麻省理工学院机械工程部门教授综合性癌症研究，以及该研究的高级作者。

研究人员表示，它还可以分析患者肿瘤细胞如何应对某些毒品，帮助医生选择最佳药物，为患者选择最佳药物。

Joon Ho Kang是一个麻省理工学院研究生，是本文的第一个作者，它出现在2月11日的自然方法。其他提交人包括博士后德·泰米·梅蒂宁和格鲁吉斯·克修，研究生林娜陈，访问学者塞利姆奥秘，以及化学工程帕特里克多伊尔教授。

一个独特的测量

新的测量技术利用Manalis'实验室以前开发用于测量细胞质量的技术。该装置，称为悬浮的微通道谐振器（SMR），可以测量电池的质量，因为它们流过微小的流体填充的悬臂，其在真空腔内振动。随着细胞流过通道，它们的质量略微改变悬臂的振动频率，并且可以从频率变化计算电池的质量。

在新的研究中，研究人员发现它们还可以测量对细胞的刚度变化 - 具体地，一种称为位于细胞膜下方的皮质的细胞结构。皮质有助于确定细胞的形状，主要由肌动蛋白长丝组成。这些长丝的收缩和放松通常在细胞锁定，转移和编程的细胞死亡等过程中发生，导致皮质刚度的变化。

在过去的几年里，Manalis和他的学生意识到悬臂的振动也产生了一种声波，可以用于测量流过装置的颗粒或细胞的刚度。作为粒子流过通道，它与声波相互作用，改变整体能量平衡。这改变了悬臂的振动，其量根据细胞或颗粒的刚度而变化。这使得研究人员通过测量振动变化的量来计算细胞的刚度。

研究人员证实，通过测量在Doyle实验室中创建的已知刚度的水凝胶颗粒，它们的技术是准确的，并在流过器件时测量它们。

用于产生这些测量的声波仅干扰电池仅约15纳米，远小于由最现有的测量机械性能的最现有技术产生的位移。

小区键权

麻省理工学院团队表明，它们可以使用该技术重复测量单个电池的刚度超过20小时，因为它们通过SMR器件流动来回流动。在此期间，它们能够通过两个或更多个细胞锁定循环监测刚度。他们发现，随着细胞进入有丝分裂，刚度降低，研究人员认为是由于细胞准备掌握时发生的肿胀。通过对细胞进行成像，它们证实，随着细胞膨胀，细胞皮质变薄。

研究人员还发现，细胞僵硬在其叠片之前动态地改变。肌动蛋白在赤道区域累积，使得细胞更硬，而极性区域变得更加放松，因为actins暂时耗尽。

“我们可以用我们的衡量方式来看看actin的动态，以无标签，无侵入的方式，”康说。

研究人员计划开始使用这种技术来测量甚至较小的颗粒的刚度，例如病毒，以及探索该测量是否与病毒的感染性相关。

Manalis说：“目前无法使用现有方法，”具有有意义的吞吐量的亚微米粒子的刚度，“Manalis说。这样的能力可以帮助正在开发开发弱化病毒的研究人员，这些病毒可以作为可能的疫苗进行测试。这种测量也可用于帮助表征微小的颗粒，例如用于药物递送的颗粒。

另一个可能的应用是将刚度测量与大众和生长速率测量的刚度测量相结合，Manalis'Ab实验室已成为可能的癌症患者如何应对特定药物的可能预测。

“在涉及精确药物的测定方面，测量来自同一细胞的多个功能性质可以有助于使测试更加预测，”Manalis说。

该研究由Koch Institute支持批准者来自国家癌症研究所（NCI），Ludwig Cents，NCI癌症系统生物联盟，以及通过美国陆军研究办公室的合作生物技术研究所。

出版物：Joon Ho Kang等，“声学散射”单细胞机械的非侵入性监测“自然方法（2019）

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