メカノノードポアセンシング:マルチパラメータシングルセル粘弾性測定のための迅速でラベルフリーのプラットフォーム

Andre Lai; Rachel Rex; Kristen L. Cotner; Alan Dong; Michael Lustig; Lydia L. Sohn

doi:10.3791/64665

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方法論記事

メカノノードポアセンシング:マルチパラメータシングルセル粘弾性測定のための迅速でラベルフリーのプラットフォーム

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DOI:

10.3791/64665

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2022年12月2日

Andre Lai^*¹ , Rachel Rex^*² , Kristen L. Cotner¹ , Alan Dong³ , Michael Lustig¹^,³ , Lydia L. Sohn¹^,²

¹Graduate Program in Bioengineering, University of California, Berkeley and University of California, San Francisco, ²Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley, ³Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley

^* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

ここでは、メカノノード細孔センシング(mechano-NPS)と呼ばれるエレクトロニクスベースのマイクロ流体プラットフォームを使用して、単一細胞を機械的に表現型化する方法を示します。このプラットフォームは、細胞の弾性と粘性の両方の生物物理学的特性を測定しながら、1〜10細胞/秒の中程度のスループットを維持します。

要約

細胞の機械的特性は、幹細胞の分化から癌の転移に至るまで、さまざまな生物学的プロセスや疾患に関与しています。原子間力顕微鏡(AFM)やマイクロピペット吸引(MA)など、これらの特性を測定する従来の方法は、細胞の完全な粘弾性応答を反映した豊富な情報をキャプチャします。ただし、これらの方法は非常に低いスループットによって制限されます。リアルタイム変形能サイトメトリー(RT-DC)などのハイスループットアプローチは、細胞の弾性特性のみを反映する単一パラメータ読み出しに制限されることが多いため、限られた機械的情報しか測定できません。これらの方法とは対照的に、メカノノードポアセンシング(mechano-NPS)は、中程度のスループットでセルのマルチパラメータ粘弾性測定を達成するためのギャップを埋める、柔軟でラベルフリーのマイクロ流体プラットフォームです。直流(DC)測定は、マイクロ流体チャネルを通過する細胞を監視し、狭い狭窄を通過する前、最中、および後に細胞のサイズと速度を追跡するために使用されます。この情報(サイズと速度)は、各セルの横方向の変形、変形に対する抵抗、および変形からの回復を定量化するために使用されます。一般に、このエレクトロニクスベースのマイクロ流体プラットフォームは、複数の粘弾性セル特性を提供し、したがって細胞の機械的状態のより完全な全体像を提供します。最小限のサンプル調製で済み、(高速カメラとは対照的に)簡単な電子測定を利用し、標準的なソフトリソグラフィ製造を利用するため、このプラットフォームの実装はシンプルでアクセスしやすく、ダウンストリーム分析に適応できます。このプラットフォームの柔軟性、有用性、感度は、多様な細胞に関する独自の機械的情報を提供し、基礎科学や臨床診断においてさらに多くのアプリケーションの可能性を秘めています。

概要

単一セルは動的な粘弾性材料^です1。多数の内部および外部プロセス(例えば、有糸分裂の開始または細胞外マトリックス[ECM]のリモデリング)は、それらの構造^{および組成}^2,3,4に影響を与え、しばしばそれらの現在の状態を補完する明確な生物物理学的特性をもたらす。特に、機械的特性は、細胞の発生、生理学、および病理学の重要なバイオマーカーであることが示されており、標準的な分子的および遺伝的アプローチを補完できる貴重な定量的情報を生み出しています⁵^、⁶^、⁷。例えば、Liらは最近、薬剤耐性と薬剤応答性の急性前骨髄球性白血病細胞の機械的な違いを説明し、RNA-seqを使用して発現差のある細胞骨格関連遺伝子を明らかにしました⁸。単一細胞力学と細胞機能の間の複雑な相互作用を理解することにより、メカノフェノタイピングは基礎科学と臨床診断の変革においてより広い用途を持っています⁹。

単一細....