加州大学洛杉矶分校和罗格斯大学的工程师，医生和科学家开发出一种工具，可以比现有技术快100倍地测量单个细胞的物理强度。
新设备可以更容易，更快速地测试和评估与异常细胞强度相关的疾病的新药，包括高血压，哮喘和肌肉萎缩症。它还可以为细胞力的生物学研究开辟新的途径。它是第一个可以同时测量数千个单个细胞强度的高通量工具。
“我们采取了一种新的方法，以确定可用作药物的分子，以满足治疗或治疗慢性疾病的新疗法的未满足需求，”Rutgers Robert Wood的研究合着者和医学教授Reynold A. Panettieri Jr.博士说。约翰逊医学院。
“我们的新实验平台能够筛选数百万个分子，以确定适合患者的最佳候选药物，”临床与转化科学副校长兼罗格斯大学转化医学与科学研究所所长Panettieri说。“该系统利用了最先进的生物工程技术和人类细胞的使用，这些细胞来源于慢性疾病患者，这些疾病更有可能预测治疗反应。”
“我们的工具跟踪个体细胞随着时间的推移施加的力，以及当它们暴露于不同化合物或药物时它们如何反应，”加州大学洛杉矶分校Henry Samueli工程与应用科学学院生物工程教授Dino Di Carlo说道。首席调查员。“这就像是对具有数千个平行站的细胞进行微观适应性测试。”
该团队的工作在Nature Biomedical Engineering中有所描述。
细胞利用物理力来发挥基本的生物功能 - 既作为单个细胞，例如细胞分裂或免疫功能，也作为组织中的大组细胞，例如，当肌肉收缩时。
细胞中断控制其所施加的力的能力可导致疾病或丧失重要的身体机能。例如，哮喘是由平滑肌细胞引起的，这些细胞排列的气道挤压比正常情况更多。异常弱的细胞力与心力衰竭，肌肉萎缩症和偏头痛相关。
“除了证明筛选化合物用于药物发现的可行性之外，我们还发现，细胞内钙含量增加对于控制细胞缩短或迁移至关重要的传统观念，这在哮喘或癌症转移中是非常重要的，”Panettieri说。 。“我们使用这种新型平台的观察结果提供了一种关于细胞活化的新范例，以及筛选分子以靶向此类过程的方法。”
该装置称为荧光标记的弹性体可收缩表面，或FLECS。它的关键部件是一个柔性矩形板，其中有超过100,000个均匀间隔的X形微蛋白质，这些微型蛋白质是粘性的，因此细胞沉淀并附着在它们上面。
嵌入在板中的X是弹性的，因此当细胞收缩时它们会收缩。X用荧光分子标记制成，可以成像和量化形状缩小的程度。
“我们的平台可以显着提高筛选数百万潜在分子的速度和保真度，以便找到能够在批准过程中迅速发展成为哮喘，癌症和心脏病新药的新候选者，”Panettieri说。
研究人员在FLECS中构建的X模式只是如何配置板的一种选择。通过改变图案的形状，刚度和分子组成，可以调整它以筛选各种类型的细胞。
为了测试该工具，研究人员分析了使细胞收缩或放松的药物，使用人体平滑肌细胞排列体内气道 - 实际上是模拟实验室中的哮喘发作。研究人员将这些测试的结果与已知的肺组织如何与药物反应进行了比较，发现FLECS捕获了相同类型的反应 - 更准确地说，因为它可以逐个细胞地分析反应。
研究人员进行了额外的测试，以进一步证明该设备的多功能性和有效性。例如，他们测试了巨噬细胞的力量，免疫系统中的细胞可以清除体内潜在的有害颗粒，细菌和死细胞。他们发现，当典型的巨噬细胞接收到感染存在的信号时，它可以在水中施加大约200,000倍的自身重量。但是一些巨噬细胞的强度超过三倍。
研究人员还使用FLECS分析细胞力，然后将该测试的结果与目前的标准测试进行比较，该标准测试通过分析细胞中钙的含量来判断细胞力。他们感到惊讶的是，钙测试的结果与细胞收缩的程度无关。这一发现表明，钙测试可能会受到限制，因为 - 与测试不同，FLECS会查看单个细胞的详细程度。
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