电动细胞基质阻抗传感的内皮细胞增殖，屏障功能的定量和能动性
March 28th, 2014
此协议的评论电器细胞 - 基底阻抗传感方法来记录和分析的贴壁细胞的阻抗谱细胞附着，增殖，运动，和细胞反应的药理学和毒性刺激的量化。检测血管内皮细胞通透性和细胞 - 细胞和细胞 - 基质接触的评估被强调。
以下实验的总体目标是使用称为 eis 的电池衬底阻抗感应来表征细胞行为。这是通过在阵列电极上培养细胞并以不同模式进行测量以量化内皮屏障的形成、成熟和功能作（例如电伤和添加兴奋剂）来实现的，以测试细胞运动和屏障功能。获得描述细胞粘附、增殖、迁移、内皮通透性检测以及基于 esis 的细胞、细胞和细胞底物接触评估的结果。
该方法可以帮助回答细胞生物学领域的关键问题，例如提供在线定量数据，在标准细胞培养条件下表征处于自然汇合状态的细胞。一般来说，刚接触这种方法的人会很挣扎，因为基础理论看起来很复杂，在开始实验之前，您需要了解几个基本考虑因素。首先，必须清洁和稳定阵列，以防止电极漂移，提高重现性，并提高信号强度比。
因此，在室温下 15 分钟后，向 8 孔阵列的每个孔中加入 200 微升 10 毫摩尔 EL ine。在室温下，用两次超纯水洗涤液去除 EL 胱氨酸，而不是磷酸盐缓冲液。此外，在包被之前，不要将电极暴露在含血清的溶液中，因为它们会干扰蛋白质吸收。接下来，向每个孔中加入 200 微升加热的 1% 明胶，并在 37 摄氏度下孵育阵列半小时。
要去除明胶，请使用超纯水，不要让电极表面变干。然后用 400 μL 完全培养基填充孔，现在可以含有血清。将阵列加载到支架中。
检查九个金色方块。他们应该联系 POGO 引脚。用手小心地将阵列固定到位，拧紧计算机上的调整螺钉。
打开测量软件。按设置，然后在收集数据部分下检查，以默认频率 4， 000 赫兹对每个井进行快速阻抗测量。这些值将存储在 comments 部分。
确保检查在阵列图的 well configuration 部分下准确选择了正在使用的 EIS 阵列的类型。红色和绿色表示连接的功能。如果清洁和编码成功，则 8 个 W one E sys 阵列应注册大约 5 到 6 个 NANOFARAD 和 8 个 W 10 E 阵列。
因此，细胞接种前 50 至 60 纳法拉的基线电阻约为 2000 欧姆。要使用 RB alpha 和 cm 对数据进行建模，请使用介质 failed 数组开始 MFT 记录。取 15 分钟的无细胞数据，并完成实验以添加细胞。
现在取出阵列，将 400 μL 单细胞悬液接种到每个孔中。为了研究细胞生长种子，每平方厘米 10， 000 个细胞，从几乎汇合的群体种子开始，每平方厘米 60， 000 个细胞。将阵列加载到支架中后，在孔配置部分下，选择要测量的孔。
然后转到收集数据选项，以固定频率为时间序列选择测量模式，选择 SFT，然后选择测量频率来测量电极覆盖率，模型 RB 和 alpha 选择 MFT，设备将自动在所有可用频率下进行测量。尽可能在多频模式下运行测量。这需要所有可用频率的数据，从而提供大多数见解。
对于微动分析，请选择 RTC 并调整采样频率。标准时间分辨率为 1 赫兹，但可以提高分辨率以跟踪阻抗的快速变化。对于 z theta，该值可以增加到 25 赫兹。
要按顺序测量来自多个孔的微运动，请选择帮助菜单。然后选择 show expert toolbar menu items 和 acquire and multi-well RTC。在 collect data （收集数据） 部分中，请务必指定时间限制（以小时为单位）。
使用此设置时，软件将在开始数据采集后提示输入循环次数。使用 SFT 或 MFT 收集数据时，请选择指定的测量间隔（以秒为单位）。为了获得最大的数据采集，请取消选中此选项。
现在按开始并指定数据的存储位置。按 finish 停止运行。按下 pause，数据采集将停止，但实验时钟将继续运行。
现在取出阵列，在层流罩下，作孔。将阵列放回支架后，单击 check connection 以验证电气连接，然后继续实验以继续收集数据。如果细胞在作后不需要无菌，则可以在数据采集过程中将凝血酶等刺激物直接添加到孔中。
可以通过按 mark 并添加注释在实验时钟上标记此类引入的变体。另一种选择是对电池进行电缠。这需要一些调整才能获得较短的受伤时间，而且效果不会太长，并且可能会损坏电极。
只需从软件提供的默认设置开始，然后从那里开始。转到 The wound electro parade setup 部分并启用 wound。现在在井配置下选择要缠绕的井。
只有被检查的井会受伤。单击 activate 会弹出一个弹出窗口，提示 wounding。受伤后，检查信号是否下降到几乎无细胞电极的值。
如果通常不会重复受伤来处理数据，请使用 export data 选项并选择 to Excel。但是，RB 和 alpha 建模可以在软件中完成。从 MFT 数据中，请记住，建模仅在汇合单元层中有效。
并且不要忘记添加 cell-free 引用。首先，使用频率扫描建模和分析 部分下的 find 函数自动选择无单元参考。接受带有 set 的值。
接下来按 model 开始计算。如果这需要几分钟，请不要惊慌。在典型的实验中，细胞从生长期进入平台期。
当它们到达汇合处时，在此过程中直接从电极获取图像。下一阶段是 EC 屏障的形成和成熟。然后使用电损伤来研究细胞迁移。
信号特征性下降到基线之后，汇合状态重新建立。最后，实时跟踪对刺激的反应。在这里，应用了血管活性剂凝血酶。
这导致细胞收缩，从而在屏障中瞬时打开小间隙，从而导致阻抗电阻下降，电容测量在最敏感的测量中产生有关细胞粘附和生长阻力的补充信息。频率代表细胞屏障的质量和功能，并考虑了对细胞旁和跨细胞电流的阻力。当电池连接到电极时，它们会限制电流流动，电容会成比例下降。
此相位提供电极覆盖率的整体测量，当以高于 40 kHz 的频率记录电容时，最好进行量化。电阻清楚地说明了好的电池如何阻止电流流动，从而阻止细胞屏障的质量。因此，不同传代和不同类型的细胞具有不同的抵抗力。
我们的 RB 和 α 有助于区分细胞细胞和细胞基质粘附。RB 是电池单元触点与电流的电阻率，或磁导率的逆测量值。Alpha 是测量电池电极结点的阻抗贡献的指标。
RB 和 alpha 值都可以在 ISIS 软件中计算。电阻信号的微小波动可能是由于汇合池层的细微运动或微运动造成的。它们可以用一个 E 阵列以最敏感的频率进行测量，并通过 EIS 软件中的快速傅里叶变换进行分析，从而可以精确地了解细胞行为。
例如，可以制作一个 250 微米的电伤口，该伤口将在几个小时内闭合，以研究细胞迁移。阻抗谱也非常适合分析添加物质的影响。如前所述，凝血酶通过使用 ARO 激酶抑制剂降低基底细胞张力使细胞屏障具有高渗透性，凝血酶的作用可能会减弱在尝试此过程时，重要的是要记住 ESIS 对细胞环境的变化（如温度、pH 值、培养基消耗等）极为敏感。
在它开发之后。这项技术为学领域的研究人员实时研究血管活性剂对汇合细胞培养物的趋势和影响铺平了道路。
概述
本协议回顾了电池-基底阻抗传感，这是一种用于记录和分析粘附细胞的阻抗谱以定量细胞附着、增殖、运动性以及对药理和毒理刺激的细胞反应的方法。
关键研究组成部分
科学领域
- 细胞生物学
- 电生理学
- 阻抗传感
背景
- 电池-基底阻抗传感（EIS）用于表征细胞行为。
- 该方法允许定量测定内皮屏障的形成和成熟。
- 它提供了在各种条件下细胞运动性和屏障功能的见解。
- 理解其背后的理论对有效应用至关重要。
研究目的
- 使用EIS表征细胞行为。
- 定量测定对药理和毒理刺激的反应。
- 改善对细胞附着、增殖和迁移的理解。
使用的方法
- 细胞在电极阵列上生长。
- 以不同模式进行测量以评估细胞行为。
- 在各种频率下收集数据以提供全面的见解。
- 使用电击伤和添加刺激剂来测试细胞反应。
主要结果
- 生成了细胞附着和增殖的定量数据。
- 评估了内皮通透性和细胞-细胞接触。
- 在不同实验条件下表征了细胞运动性。
- 成功清洁和稳定阵列提高了数据可靠性。
结论
- EIS是研究细胞动力学的有价值工具。
- 该方法增强了对生理条件下细胞行为的理解。
- 适当的实验设置对获得可靠结果至关重要。
常见问题
Executive Industry Relevance
Electric Cell-substrate Impedance Sensing (ECIS) enables real-time, quantitative assessment of endothelial proliferation, barrier function, and motility, supporting predictive confidence in early discovery and target validation. By providing automated, label-free monitoring of cell behavior under physiological and perturbed conditions, ECIS informs mechanistic de-risking and portfolio triage decisions. Its sensitivity to cell-cell and cell-matrix interactions positions it as a critical tool for evaluating therapeutic hypotheses and optimizing assay development in biopharma R&D.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables quantitative interrogation of endothelial barrier integrity and cellular proliferation.
- Supports mechanistic de-risking by distinguishing cell-cell from cell-matrix adhesion contributions.
- Facilitates predictive confidence in target selection through real-time functional readouts.
- Provides automated, reproducible data for hypothesis-driven portfolio triage.
Screening & Assay Development
- Delivers standardized, high-content readouts for cell attachment, spreading, and motility.
- Enables reproducible quantification of wound healing and response to vasoactive stimuli.
- Supports assay scalability and platform reuse across adherent cell types.
- Prepares validated biological systems for downstream compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro barrier function measurements with disease-relevant endothelial models.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation of vascular targets.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on quantitative barrier and motility data.
- Supports translational biomarker development for vascular permeability and repair.
Pipeline & Workflow Integration
ECIS integrates into the discovery continuum from early hypothesis testing through lead identification and preclinical validation, providing a reusable platform for functional cell-based analytics.
- Discovery Biology: Quantifies cell proliferation, barrier formation, and motility to clarify pathway function and de-risk targets.
- Screening: Standardizes assay outputs for reproducible evaluation of compound effects on cell behavior.
- Analytics: Provides impedance, resistance, and capacitance measurements for robust statistical comparison of experimental conditions.
- Translational Research: Bridges in vitro endothelial function with preclinical models of vascular integrity.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, automated capability for diverse cell-based R&D workflows.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in endothelial biology.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of cell-based assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by providing quantitative, real-time data.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of vascular-targeted programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in impedance theory and data modeling for accurate interpretation.
- Needs specialized electrode arrays, environmental control, and compatible analytical software.
- Demands rigorous cleaning, coating, and cell seeding protocols for reproducibility.
- Must be adapted for different adherent cell types and experimental conditions.
- Highly sensitive to environmental fluctuations such as temperature and pH.
