一种测量细胞刚度的新方法

包括伦斯勒理工学院研究人员在内的一个团队开发了一种创新方法来测量细胞机械特性(即细胞硬度)，这是新出现的无标记(即无组织学染料或免疫标记)生物物理标记的一部分，可用于鉴定细胞疾病和细胞状态。该研究很重要，因为它可用于快速癌症诊断和快速药物筛选，以及个性化医疗的发展。

正如最近在Small发表的一篇论文中所报道的，伦斯勒的研究人员开发了一种使用新型惯性微流体细胞展宽器(iMCS)以全自动和高通量方式测量数千个单细胞僵硬度的过程，用于细胞状态鉴定。

根据研究人员 - 伦斯勒的主要作者以及奥尔巴尼大学的一位同事的说法，众所周知，恶性癌细胞比普通健康细胞更柔软(更易变形)。另一个例子，来自疟疾感染患者的红细胞(RBC)比健康人的RBC更严格。“这些观察结果表明，测量细胞机械特性是一项至关重要的任务，这一原理已被广泛应用于生物物理研究，癌症诊断和药物发现，”机械，航空航天和核能系助理教授Aram Chung说。工程。

“面临的挑战是，以强大，快速和自动化的方式扫描数千个单细胞僵硬是非常困难的，”Chung说。“在进行这项研究时，必须通过多个领域的创新来解决这些挑战，以及癌症生物学家和机械和生物医学工程师之间的强有力合作，以实现这项研究。在这里，我们报告了一种新型微流体装置，其特征在于在一分钟内从样品注射到数据分析的6,000多个细胞的机械特性。

Chung指出，他们的发展预计会有各种应用。首先，通过处理未知的患者样本，iMCS显示出临床实施快速癌症诊断的巨大潜力。例如，可以直接从患者收集腹水或胸腔积液样本并通过iMCS进行处理，其中可以获得直接的细胞变形性结果，这可以及时地指导医生。此外，研究团队的平台可以扩展为快速药物筛选和个性化医疗。iMCS不是等待数天才能在不同条件下获得针对特定样品的药物治疗功效，而是在各种外部刺激下提供快速细胞反应表征，为各种药物测试应用提供处理大量样品的可能性。

“作为论文的第一作者，我的工作重点是设计一个实际可用于医学和生物物理研究的微流体平台。为了实现这一目标，我花费了大量的时间来设计一个简单的iMCS，而不是牺牲复杂的功能来实现精确的单细胞机械表征，“Yanxiang Deng说，他也是Chung生物光学流体实验室的研究生。

生物光学流体实验室是伦斯勒机械，航空航天和核工程系的一个研究小组，致力于研究有限雷诺数下的微尺度流动。基于对微尺度惯性流体行为的一系列基础研究及其与其他模态的整合，该实验室正在开发一种用于生物医学和制造的新型实用高通量微流体平台。

在Rensselaer，邓的研究领域专注于研究惯性微流体物理学，以开发用于定量单细胞分析的新型微流体微系统。作为下一步，邓正在致力于创建一种新型基于变形性的细胞分选仪，通过与奥尔巴尼医疗中心的新合作，实现下游分子谱分析，从而了解变形性与癌症迁移之间的关系。

“除了设计用于实时细胞机械筛选的创新微流体系统外，我们的自动化工作应该突出，”Chung说。“目前，许多微流体开发尚未被生物或医疗人员大量采用。这主要是因为没有广泛的培训或/和相关背景，它们很难操作。在这里，我们启用了基于单一命令的全自动操作，其中该过程在没有任何人为干预的情况下运行，实现了用户友好且稳健的操作。“Chung提到，如果没有简单性和鲁棒性，微流体技术将不会产生实际影响，并且他不断向他的研究小组强调这一点。

Chung与癌症生物学家以及实验和数值流体力学研究人员的研究和合作体现了新理工学院的愿景，这是Rensselaer教学，学习和研究的新兴范式，其基础是认识到全球挑战和机遇如此之大即使是最有才华的人也无法充分解决这些问题。Rensselaer作为合作的十字路口 - 与不同学科，行业和地理区域的合作伙伴合作 - 利用最先进的工具和技术解决复杂的全球挑战，其中许多工具和技术都是在伦斯勒开发的。

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