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为活体研究和临床诊断提供了一种全新的技术手段2013年05月09日 来源: 中国科技网 作者: 吴长锋 最新发现与创新 中国科技网讯 中国科学技术大学光学与光学工程系李银妹课题组,近日与上海交通大学魏勋斌教授合作,采用活体动物内的细胞,发展了动物体内细胞三维光学捕获技术。日前,国际著名学术期刊《自然·通讯》在线发表了这项研究成果,网站还以《医学研究:用光清除血管被堵塞的血管》为题对该研究工作进行报道。 在活的动物体内研究细胞生长、迁移、细胞及蛋白质间相互作用等生物学过程,对生命科学、医学研究及临床诊断具有重大意义,因此体内研究技术一直是活体研究热点之一。 李银妹课题组利用光镊技术,首次对活体动物内的细胞实现光学捕获。研究表明,光镊可以直接深入到活体内,对细胞进行有效操控。研究人员用光镊穿过小鼠耳朵真皮层,到达深度约50微米毛细血管中,捕获和操控血管中的红细胞。将光镊固定在血管中心,血管中快速流动的细胞经过光阱时被逐渐减速,直到一个细胞停留在光阱中,光镊将细胞捕获,并实现了三维操控。 课题组还利用光陷阱的作用聚集红细胞,人为制造出血管堵塞;针对血管中已聚集的细胞团簇,拖拽其中一个细胞引导疏通,使聚集的细胞逐渐疏散开,恢复正常血液流动,从而实施非接触手术式的血管疏通。 过去,光镊技术在生物医学领域的应用仅限于体外的单分子和细胞研究。李银妹课题组的这项研究技术能直接深入到动物活体内,对细胞进行实时观察、操控与测量,实施非接触式手术的实验取证,从而开拓了光镊技术研究活体动物新领域,为活体研究和临床诊断提供了一种全新的技术手段。(记者 吴长锋) 《科技日报》(2013-5-9 一版)
[size=15px][color=#333333]细胞的机械特性对其生物学功能(如增殖、分化和凋亡)和形态状态(如迁移、附着和病理状态)至关重要。目前常用的细胞弹性模量测量技术包括原子力显微镜、微管吮吸、光镊和磁镊等。这些技术可以有效测量单个细胞的机械性质,但是通量低,限制了其实际应用。[/color][/size][size=15px][color=#333333]近年来,微流控芯片因其在小体积液体操控方面的独特优势,也被用于测量细胞弹性模量。现有的微流控芯片主要侧重于平台开发,虽然通量大幅提高,但很少将测量后的细胞进一步收集以实现后续分析。[/color][/size][size=15px][color=#333333]单细胞分析技术的发展要求能够准确地打印单个细胞。传统单细胞打印技术包括荧光激活细胞分选、有限稀释和手动细胞挑选,这些方法打印效率较低且难以实现自动化。[/color][/size][font=mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, &][size=15px][color=#333333]近年来,各种微流控技术被开发用于高通量精确打印单个细胞,如喷墨打印、精确分配、双阀门筛选和移液管式单细胞分离等。这些技术可以根据目标细胞的荧光、形态等特征进行识别并打印,但是大多技术难以获得单细胞的机械信息。[/color][/size][/font][font=mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, &][size=15px][color=#333333]因此,本研究报道了一款基于 U 型阵列的微流控系统,集成了单细胞连续捕获,弹性测量和可寻址打印。该装置在研究细胞力学与其他生物学特性的关系方面具有强大的应用潜力。[/color][/size][/font][b]研究内容[/b][size=15px]近日,哈尔滨工业大学(深圳)[color=#004976][b]陈华英课题组[/b][/color]在英国皇家化学会(RSC)期刊[color=#004976][b] Lab on a chip[/b][/color] 上发表题为“Continuous trapping, elasticity measuring and deterministic printing of single cells using arrayed microfluidic traps” ([color=#007aaa]《单细胞连续捕获、弹性模量测量和可寻址分选打印》[/color])的研究论文,报道了一款创新的微流控芯片,实现了基于精确调节的压力对微球/细胞进行捕获和逐个打印,并将已知弹性模量的单细胞确定性地打印到孔板中(图 1)。[/size][size=15px]该论文第一作者是哈工大(深圳)在读硕士研究生[color=#004976][b]蔡逸珂[/b][/color]和硕士毕业生[color=#004976][b]余恩[/b][/color]。[color=#004976][b]陈华英副教授[/b][/color]为通讯作者。[/size][img=图片]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/b3ebc9a4-6d42-4ef1-bfd0-c7cf1f5c3a15.jpg[/img]微流控芯片(图 1A)由冲洗入口、样品入口、打印入口、压力维持口和两个平行的主通道组成,下游有打印出口。在所有入口通道中设计了宽度从 200μm 减小到 25μm 的微通道阵列,以过滤介质中较大的颗粒/细胞碎片。如图 1A 和 B 所示,在每个主通道的一侧有 16 个 U 型捕获陷阱,且吮吸通道的高度比分流通道的高度低 15 μm,以保证细胞停留在 U 型陷阱中并诱导其微小变形。[img=图片]https://img1.17img.cn/17img/images/202403/uepic/b3ee5e4c-b99c-4b5e-8904-b5a6d2817633.jpg[/img][table=677][tr][td=1,1,5]▲[/td][td=1,1,549][b]图1[/b] 单细胞连续捕获、弹性测量和可寻址打印系统。(A)微流控芯片连接到压力泵,将单细胞精确分配到孔板中;(B)通过调节打印压力(Po)捕获(Pi-Po0)和释放(Pi-Po0)单个细胞的机制;(C)用于捕获和分离细胞的吮吸通道;(D)用于捕获和分离微球的分流通道。[/td][/tr][/table][来源:陈华英团队 RSC英国皇家化学会][align=right][/align]
科技日报讯(记者常丽君)据美国物理学家组织网6月20日(北京时间)报道,美国杜克大学科学家开发出一种碳纳米管制成的“鱼叉”,可用于捕获单个脑细胞发出的信号。相关论文发表在6月19日的《公共科学图书馆·综合》上。 目前用于记录脑细胞信号的电极主要有两种:金属和玻璃。金属电极可用在活动物中,记录脑细胞群体活动峰值及其工作情况;玻璃电极既可用于检测峰值,也能检测单个细胞活动,但却脆弱易碎。以往实验中曾用过碳纳米管探针,但那种电极要么太厚会造成组织损伤;要么太短而限制了电极穿透深度,无法探测到内部的神经元。 最新研制出的碳纳米管“鱼叉”只有一毫米长、几纳米宽,可利用碳纳米管卓越的机电性能来捕获单个脑细胞的电信号。杜克大学神经生物学家理查德·穆尼和该校计算机科学与生物化学教授布鲁斯·唐纳德5年前开始合作,研究用纳米材料来缩小机械并改良探针。他们先以电化技术处理过的钨丝为基础,用自缠多壁碳纳米管延长它,制成了一毫米长的小棒,然后用聚焦离子束将纳米管磨锋利,使其一端逐渐变细到只有一根碳纳米管粗细,就像微小的“鱼叉”。杜克大学神经生物学家迈克尔·普拉特说:“这种碳纳米管‘鱼叉’结合了金属和玻璃电极的优点,无论是在脑细胞内外,它们都能记录良好,非常灵活而且不会碎,可以用来记录活动物的单个脑细胞信号。” 在穆尼的实验室,他们把“鱼叉”分别刺入小鼠脑组织切片和麻醉小鼠大脑中来实验,结果显示探针能传输脑信号,而且有时比传统的玻璃电极效果更好,信号中断的可能性更小。 新探针还能刺穿单个神经元,记录单个细胞的信号,而不是附近的一群神经元。唐纳德强调,这被称为细胞内记录,应是人们首次用碳纳米管在脑切片或完整脊椎动物大脑中记录单个神经元信号。 总编辑圈点 碳纳米管可用于研究单个神经细胞发出的信号,如今的成果就是极好的理论证明。这种对单个神经元信号及神经元之间相互作用的进一步挖掘,将会帮助我们更好地理解大脑的计算功能,从而弥补人类对自身“司令部”认知上的缺陷。从另一个角度看,杜克大学此次所采用的探针技术也十分有前途,可在多领域——包括从基础科学到人脑计算接口、脑组织假体等等方面都有着广泛应用,亦因此其进一步开发备受业界期待。 《科技日报》(2013-06-21 三版)