生物納米壓痕儀測試細胞力學(xué)特性作為新的腫瘤標(biāo)志物

癌癥是全球主要死亡原因之一，其是由正常細胞轉(zhuǎn)變?yōu)閻盒约毎a(chǎn)生的。這些變化是遺傳傾向和環(huán)境因素（致癌物）之間相互作用的結(jié)果。最常見的癌癥治療方法是單獨或聯(lián)合手術(shù)、放療和化療。具體的治療方法取決于癌癥的類型、疾病的嚴(yán)重程度、進展速度、患者的健康狀況以及對治療的反應(yīng)。

先進的機械表征工具可以加深對癌細胞形態(tài)和力學(xué)及其在發(fā)育、生理學(xué)和疾病中的作用的理解。

細胞硬度、細胞外基質(zhì)(EMC)和微環(huán)境機械特性的變化會影響癌癥的進展。雖然癌細胞通常比健康細胞軟，但由于與纖維化相關(guān)的基質(zhì)硬化，腫瘤往往比周圍組織更硬。此外，ECM重塑導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境發(fā)生變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移性播散。ECM重塑可能會改變細胞行為，例如基質(zhì)幾何形狀和剛性的識別、細胞骨架重組、細胞極化、運動和增殖。從這個意義上說，Optics11 Life生物納米壓痕儀成為癌癥新治療方法的強大方法。該設(shè)備可以識別正常細胞和惡性細胞之間的機械差異并預(yù)測癌癥進展，將這些方法轉(zhuǎn)化為臨床和治療干預(yù)措施可以實現(xiàn)新的癌癥治療。

來自利愛爾蘭利莫瑞克大學(xué)(University of Limerick)的Kieran McGourty和David Newport團隊，研究了細胞骨架損傷對細胞慣性位置的影響。使用細胞松弛素處理兩種代表性癌細胞系，使用粒子條紋成像研究它們的慣性位置，并在良性和轉(zhuǎn)移性細胞系之間進行比較。為了確定和量化細胞中這種遷移的物理變化，使用染色和納米壓痕技術(shù)來確定細胞的大小、圓形度和彈性模量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，暴露于松弛素會導(dǎo)致細胞彈性模量下降，但大小或形狀沒有變化。這導(dǎo)致良性、較硬的癌細胞比轉(zhuǎn)移性、可變形的癌細胞更均勻地分布在通道寬度上。此外，兩種細胞系彈性模量的降低導(dǎo)致向通道中心的遷移增加。這些結(jié)果表明，彈性模量在此類細胞的慣性遷移中所起的作用可能比以前認為的更大。

使用Chiaro納米壓痕儀測量細胞彈性模量，半徑為8.0 μm的球形探針，懸臂彈簧常數(shù)為0.031 N/m。將樣品載玻片安裝在倒置顯微鏡上，以便將探針聚焦在細胞中心。每種實驗條件使用三個不同傳代數(shù)的培養(yǎng)皿，隨機選擇30-40個細胞，室溫下在每個培養(yǎng)皿中測試。將探針放置在每個細胞的中心上，以確保最大的接觸表面。

先前已經(jīng)表明，在癌細胞和非癌細胞中，中心和外周納米壓痕位置之間沒有統(tǒng)計學(xué)差異。細胞以1 μm/s的加載速度下壓6 μm，持續(xù)時間為1 s。未能滿足0.008 μN最小載荷的壓痕被排除在外，因為這些細胞有可能無法正確固定到皿的底部。

從最大載荷的初始22%開始分析力-壓痕曲線。數(shù)據(jù)采集后，使用D'Agostino-Pearson正態(tài)性檢驗來檢查，并使用ROUT方法識別異常值，并將其從最終數(shù)據(jù)集中排除。數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差"表示。使用方差分析進行統(tǒng)計分析，并使用兩個樣本的不相等方差來計算組之間的P值。

相關(guān)研究結(jié)果在《Biophysical Journal》雜志上以題目"The influence of cell elastic modulus on inertial positions in Poiseuille microflows"的文章發(fā)表。

doi: 10.1016/j.bpj.2021.01.026