當前位置：
服務(wù)熱線(xiàn)
17701039158
技術(shù)文章
TECHNICAL ARTICLES
更新時(shí)間：2024-05-14
點(diǎn)擊次數：104
利用形態(tài)測量學(xué)來(lái)確定細胞形態(tài)的變化，可以被視為篩選潛在藥物和有毒物質(zhì)的一種令人興奮的工具，可以區分兩種主要的細胞死亡模式。
在細胞凋亡和壞死過(guò)程中，治療的早期階段會(huì )發(fā)生劇烈的細胞體積變化。從生物物理學(xué)和治療學(xué)的角度來(lái)看，區分這些過(guò)程非常重要。細胞凋亡是一種程序性的細胞死亡過(guò)程，而壞死則是由于環(huán)境干擾而導致的意外死亡。當治療引起細胞凋亡而非壞死時(shí)，往往會(huì )有更好的結果。此外，細胞增殖過(guò)程會(huì )導致細胞體積的變化，作為細胞生長(cháng)的一個(gè)衡量標準。
在這項研究中，我們展示了非侵入性的形態(tài)表面分析技術(shù)與經(jīng)過(guò)良好評估的生化方法相匹配，能夠清晰區分生理細胞和病理細胞。簡(jiǎn)而言之，形態(tài)測量分析可以通過(guò)適當的納米顆粒（NPs）誘導的細胞體積變化作為增殖和細胞死亡的前兆，與傳統方法測量的細胞存活反應相兼容。
這個(gè)項目本質(zhì)上是跨學(xué)科的，因為它需要對不同材料及其與感興趣的生物實(shí)體的相互作用進(jìn)行表征，正如團隊成員具有不同背景所示。由Ferrari博士領(lǐng)導的小組旨在研究液體-固體界面上兩親分子的潤濕過(guò)程、吸附和聚集，制備高度抗液體潤濕的涂層，并利用AFM和3D形態(tài)測量技術(shù)進(jìn)行表征。由Morán博士領(lǐng)導的小組專(zhuān)注于控制釋放系統的開(kāi)發(fā)以及其在2D（體積和底物）和3D條件下的體外表征。
使用S neox 3D輪廓儀是因為它具有分析大面積和從掃描中獲取重要表面參數的能力。采用了ISO 25178標準對表面進(jìn)行了形態(tài)測量的表征，該標準提供了對表面紋理進(jìn)行三維參數評估的規則。
在Confocal模式下，對包含在研究條件下的細胞的個(gè)體蓋玻片的整個(gè)表面進(jìn)行了分析。選擇了特定區域的細胞，并使用SensoSCAN S neox軟件分析了高度（H）和長(cháng)度（L）上的相應剖面。相應的形狀因子（SP）是根據H/L值確定的。
光學(xué)掃描形貌測量技術(shù)相對于原子力顯微鏡（AFM）具有多重優(yōu)勢：非侵入性和非破壞性的表征，以及能夠分析較大表面而不受限于幾平方厘米。此外，與AFM技術(shù)的已有經(jīng)驗相比，測量時(shí)間也減少了[2, 3]，使光學(xué)形貌測量成為一種在納微尺度上提供更高分辨率的顯微技術(shù)，提供更多定性和定量信息。盡管對于這種技術(shù)不需要熒光蛋白標記物或光學(xué)活性染料，但共焦和干涉模式下的三維掃描形貌測量可以在細胞幾何參數評估方面提供高準確性（圖1a）。因此，標準條件下的3T3纖維母細胞顯示出典型的雙極或多極結構，呈細長(cháng)形狀。此外，類(lèi)似上皮細胞的HaCaT、HeLa和A431細胞呈多邊形形狀，尺寸更加規則，以離散斑塊的形式生長(cháng)。由于納米粒子處理，3T3纖維母細胞呈橢圓形狀，沒(méi)有須突。上皮細胞之間邊界喪失，形狀不規則。
通過(guò)對得到的剖面進(jìn)行分析（圖1b），從定量的角度評估了幾個(gè)結構參數，例如對照細胞的高度和長(cháng)度，以及經(jīng)過(guò)增殖和細胞毒性誘導處理的細胞。
細胞形態(tài)及其形狀因子在不同H/L比值下的變化總結如圖2a和圖2b所示。通過(guò)使用球冠模型作為細胞的幾何近似[5]，估算了細胞的體積（圖2c）。所得數值與直接使用SensoSCAN S neox軟件測量的細胞邊緣考慮在內的數值相吻合（在所有情況下差異低于5%）。
圖2：共聚焦模式下的三維表面形貌圖像（20倍放大）和形態(tài)參數（L：長(cháng)度和H：高度）（a），形狀因子（H/L比值）數值（b），以及根據光學(xué)表面形貌剖面數據和使用球冠模型作為細胞的幾何近似所估算的細胞體積。結果表示為十個(gè)獨立細胞的平均值±標準偏差。*p<0.001表示與對照細胞存在顯著(zhù)差異，*p<0.001表示相同細胞系的不同處理之間存在顯著(zhù)差異，≠p<0.001表示相同處理下不同細胞系之間存在顯著(zhù)差異。（“3D profilometry and cell viability studies for drug response screening" by M. C. Morán, F. Cirisano and M. Ferrari is licensed under CCC）。
利用光學(xué)表面形貌測量，對細胞形態(tài)進(jìn)行了分析，并且具有與MTT細胞存活檢測等常規方法相兼容的響應時(shí)間[6]。然而，這些分析可以避免由于MTT作用而導致的代謝活性變化而不改變可存活細胞數量的一些矛盾結果。此外，細胞存活率的測量結果來(lái)自每毫升104-105個(gè)細胞的代謝活性的算術(shù)平均值。這么多的細胞數量可能會(huì )阻礙對細胞形態(tài)變化在非常早期階段或細胞群體中的小部分的確定。
通過(guò)三維表面形貌測量確定單個(gè)細胞的體積是建立細胞死亡模式或機制的附加價(jià)值，這是其他技術(shù)（平方厘米級別）無(wú)法簡(jiǎn)單檢測到的。這項技術(shù)可以被視為在篩選潛在藥物和毒性材料時(shí)觀(guān)察細胞形態(tài)變化的有趣工具，特別是在治療過(guò)程中非常短的時(shí)間內，對細胞死亡的兩種主要模式進(jìn)行區分，以提前預測治療藥物的成功預期。
生物醫學(xué)研究的成功在于將納米材料應用于疾病治療并開(kāi)發(fā)用于診斷的工具。在這項工作中，3D光學(xué)表面形貌測量通過(guò)定性和定量分析，滿(mǎn)足了作為潛在治療或毒性藥物傳遞系統篩選工具的要求，促進(jìn)細胞生長(cháng)或誘導細胞死亡。這項工作是研究團隊**結合這兩個(gè)學(xué)科（治療和診斷）進(jìn)行的發(fā)表。
Sensofar的光柵投影技術(shù)能夠有效地分析微觀(guān)尺度上的功能紋理。因此，我們可以通過(guò)快速和非破壞性的測量獲得確保功能紋理正常工作的結果。
借助S wide，我們可以通過(guò)SensoVIEW添加有關(guān)幾何形狀的所有詳細信息，并在報告中進(jìn)行總結，從而提供出色的質(zhì)量控制。S wide還能克服一些典型的光柵投影系統的限制，因為我們可以測量拋光表面。
參考文獻
[1] M. C. Morán, F. Cirisano, M. Ferrari. 3D profilometry and cell viability studies for drug response screening. Mat. Sci. Eng. C. 115(2020) 111142
[2] E. Guzmán, L. Liggieri, E. Santini, M.Ferrari, F. Ravera, F. Mixed DPPCcholesterol Langmuir monolayers in presence of hydrophilic silica nanoparticles. Colloids Surf B. Biointerfaces. 105 (2013) 284-293.
[3] J.L. Rinn, C. Bondre, H.B. Gladstone, P.O. Brown, H.Y. Chang. Anatomic demarcation by positional variation in fibroblast gene expression programs. PLoS Genet. 2 (2006) e119.
[4] M.C. Morán, J. Carazo, M.A. Busquets.Dual responsive gelatin-based nanoparticles for enhanced 5-fluorouracil efficiency. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 172 (2018) 646-654.
[5] J.A. Hessler, A. Budor, K. Putchakayala, A. Mecke, D. Rieger, M.M B. Holl, B.G.Orr,A. Bielinska, J. Beals, J.J. Baker. Atomic force microscopy study of early morphological changes during apoptosis. Langmuir 21 (2005) 9280-9286.
[6] T. Mosmann. Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays. J. Immunol. Methods 65 (1983) 55-63.
服務(wù)熱線(xiàn)：17701039158
公司地址：北京市房山區長(cháng)陽(yáng)鎮
公司郵箱：qiufangying@bjygtech.com掃碼加微信
Copyright©2024 北京儀光科技有限公司 版權所有 備案號：京ICP備2021017793號-2 sitemap.xml
技術(shù)支持：化工儀器網(wǎng) 管理登陸