快速测量细胞机械性能,有望成为癌症诊疗新方法


在未来,医生可以使用研究人员所开发的方法来跟踪药物对患者癌细胞的影响,通讯作者Amy Rowat表示。图片来源:UCLA

细胞的机械性能可以作为指示的指标,用以区分癌细胞与正常细胞。通过测量细胞受到挤压时的力学性质,有望可以指示细胞的其他性能。如果能够通过很便捷的方法来测定细胞的机械性能,那么这将有望成为一种潜在的诊断方式。

来自加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员开发了一种装置,用于测量在压力条件下细胞的硬度和变形情况。这是一种能够快速鉴定单个细胞机械性能和大小的方法,可以参与改善癌症或者其他疾病的治疗。这项研究发表在《生物物理学》杂志上。

这种方法被称为定量变形式细胞仪(quantitative deformability cytometry,简称q - DC)。


图片来源:medgadget

它使用一种约1英寸×2英寸的小型装置,大约有一个显微镜载片大小,由柔软的橡胶制成,类似于隐形眼镜的材料,具有芯片的功能。研究人员使用含海藻提取物的凝胶颗粒,它们的质地类似于果冻。在已知凝胶硬度的情况下,强迫细胞通过这个装置。当这些细胞通过凝胶孔道向下流动时,这些细胞会发生变形。带着摄像机的显微镜会观察这个变形,并以高帧率记录动作。摄像机以每秒数千帧的速度拍摄视频,这个速度比标准视频快100倍。然后研究人员通过计算机视觉算法对视频进行分析,得出有关细胞的机械类型的详细数据。

这种新方法允许研究人员对单个细胞进行标准化测量,确定每个细胞的硬度,以帕斯卡为测量单位,通常在10到20000之间。

加州大学洛杉矶分校的综合生物学和生理学副教授Amy Rowat说:“用我们校准过的仪器测量细胞,就像用一个标准的时钟来测量时间。我们的方法可以允许每秒数百个细胞的硬度测量。”


Kendra Nyberg 图片来源:UCLA

加州大学洛杉矶分校生物工程专业的研究生Kendra Nyberg是该研究的主要作者,她建立了这个装置。Rowat和Nyberg使用这个装置测量了乳腺癌细胞。癌症细胞的机械性能通常比正常细胞低2-5倍。

Rowat表示,未来,医生可以用这种方法跟踪患者的治疗。从患者身上提取或从活组织切片中取出肿瘤细胞可以通过该设备进行分析,以观察药物是如何作用于患者的癌细胞的。

Rowat和Nyberg还可以用这个方法测量其他类型的细胞,比如镰状细胞和血红细胞。

“通过使用q - DC,我们可以非常迅速地评估具体药物治疗如何影响单个细胞的物理性质,如形状、大小和硬度,并进行校准,以及定量测量,” Rowat表示。

这项研究将为科学家提供一种更为精确、标准化的方法来区分癌细胞和正常细胞,从而使医生最终能够预测癌细胞的侵袭性,以及筛查在对抗癌症方面最有效的药物。由于科学家拥有阻止特定蛋白质的分子生物学工具,因而这种方法还可以帮助揭示哪些蛋白质在调节癌细胞的侵袭过程中起着重要作用。

参考资料

[1]New method to measure cell stiffnesscould lead to improved cancer treatments

[2]Squeezing Cancer Cells Through TinyHoles for Diagnostic Uses

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