由McKelvey工程學(xué)院機(jī)械工程和材料科學(xué)助理教授J. Mark Meacham領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)和他實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生使用聲學(xué)微流體方法，在一個(gè)充滿液體的小室內(nèi)使用超聲波駐波來(lái)收集組單細(xì)胞綠藻細(xì)胞Chlamydomonas reinhardtii，一種用于研究人類纖毛的模式生物。所謂的聲阱利用細(xì)胞體的材料特性將它們固定在適當(dāng)?shù)奈恢枚粫?huì)損壞它們。通過(guò)首先收集細(xì)胞，該團(tuán)隊(duì)可以在幾分鐘內(nèi)有效地分析數(shù)百個(gè)細(xì)胞。結(jié)果發(fā)表在2019年6月12日的印刷版“ Soft Matter ”雜志的封底內(nèi)頁(yè)上。

“把它想象成一個(gè)由超聲場(chǎng)制成的小籠子，”米查姆說(shuō)。“細(xì)胞正在試圖找到逃生的方法，但被構(gòu)成籠壁的波浪推回。當(dāng)墻壁被移除時(shí)，它們可以自由奔跑。”

纖毛是細(xì)胞中的微小毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)，排列在我們的肺部，鼻部，大腦和生殖系統(tǒng)中。它們旨在清除液體和微生物，使人們保持健康。當(dāng)他們出現(xiàn)故障時(shí)，不孕癥，慢性中耳感染，大腦水和其他疾病都會(huì)發(fā)展。

Susan Dutcher 是醫(yī)學(xué)院的遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)和生理學(xué)教授，也是該論文的共同作者，他與C. reinhardtii及其數(shù)百種遺傳變異體或突變體一起研究纖毛行為和功能障礙。Meacham說(shuō)，使用當(dāng)前方法分析這么多變種，手動(dòng)追蹤單個(gè)細(xì)胞，需要很長(zhǎng)時(shí)間。

“對(duì)于Dutcher博士來(lái)說(shuō)，根據(jù)游泳的有效性快速對(duì)其細(xì)胞進(jìn)行分類，并選擇那些最費(fèi)力，繁瑣，詳細(xì)分析最感興趣的細(xì)胞是有用的，”Meacham說(shuō)。“這就是這種基于種群的方法真正有用的方法，使我們能夠在短時(shí)間內(nèi)分析大量給定的突變體。”

對(duì)于這項(xiàng)工作，該團(tuán)隊(duì)使用來(lái)自Dutcher實(shí)驗(yàn)室的三種遺傳變異的C. reinhardtii細(xì)胞作為模型。

Meacham和博士生，該論文的第一作者M(jìn)inji Kim開(kāi)發(fā)了微流控芯片，該芯片足夠小，其中兩個(gè)適合1英寸×3英寸的載玻片。細(xì)胞通過(guò)入口和出口通道進(jìn)入和離開(kāi)，入口和出口通道連接到裝置中心的圓形腔室 - 就像在打開(kāi)超聲波之前用于細(xì)胞的大而開(kāi)放的固定筆。Kim和Meacham將含有細(xì)胞的液體插入裝置中，然后通過(guò)壓電傳感器激活超聲波。超聲波從室壁反射以在圓形室內(nèi)產(chǎn)生壓力井，其將細(xì)胞捕獲在室的中心處的組中。

在對(duì)細(xì)胞進(jìn)行成像后，研究人員關(guān)閉超聲波，有效地打開(kāi)籠門，讓細(xì)胞游離。

“這個(gè)聲學(xué)陷阱使我們能夠進(jìn)行這種有趣的分析，我們無(wú)法做任何其他方式，”Meacham說(shuō)。“我們可以捕獲并釋放細(xì)胞群，進(jìn)行分析，加載下一個(gè)群體，捕獲，釋放，分析并加載下一個(gè)細(xì)胞，每個(gè)樣本在幾十秒到一分鐘內(nèi)進(jìn)行分級(jí)測(cè)量不同細(xì)胞類型的能力。“

Meacham說(shuō)，分析傳播細(xì)胞很容易自動(dòng)化，因?yàn)橛斡緩囊粋€(gè)地方開(kāi)始。細(xì)胞在釋放的細(xì)胞的連續(xù)圖像中顯示為黑色像素。然后，細(xì)胞形狀的變化與游泳速度有關(guān)。

“我們觀察他們游泳一到三秒，然后一旦我們擁有這些圖像，分析它們的過(guò)程就是自動(dòng)化的，”Kim說(shuō)。“我們可以通過(guò)自動(dòng)化方式從大約50個(gè)細(xì)胞中獲得運(yùn)動(dòng)測(cè)量，這比通過(guò)跟蹤單個(gè)細(xì)胞要快得多。”

最終，該團(tuán)隊(duì)尋求為研究人員提供一種工具，根據(jù)其運(yùn)動(dòng)能力對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類，無(wú)論是對(duì)C. reinhardtii突變體進(jìn)行編目還是用于評(píng)估精子細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，Meacham說(shuō)。

原文鏈接：

https://source.wustl.edu/2019/06/ultrasound-used-to-measure-movement-of-ciliated-cells/

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