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生物工程师开发变形性血细胞计数器来帮助诊断疾病

发布时间:2018-05-24

加州大学洛杉矶分校的生物工程学家开发了一种变形性血细胞计数器,以更好地了解细胞的物理特性,这种仪器在对抗癌症等疾病方面可能非常有用。该装置通过将细胞撞击流体壁并快速分析物理响应来工作,允许识别细胞状态而无需昂贵的化学标签。

如果你把一个装满水的橡皮气球扔到墙上,它会散开,在撞击时变形,而同样一个装满蜂蜜的气球,粘性更大,变形更小。如果气球的弹性橡胶较硬,则可以观察到更小的形状变化。

通过简单地分析气球撞击墙壁后的形状变化,您可以发现有关其物理属性的信息。

虽然细胞不是简单的流体袋,但它们也包含与包围它们的膜相关的粘性和弹性性质;它们的内部结构元件,如细胞器;以及细胞核中的DNA排列。因为这些性质的变化可以提供关于细胞活性状态的信息,并且可以指示疾病例如癌症,所以它们是重要的测量。

UCLA生物工程研究人员利用细胞的物理特性,开发了一种新的仪器,可以将细胞紧贴在液体壁上,快速分析其物理反应,从而无需昂贵的化学标签即可识别癌症和其他细胞状态。

该仪器称为变形细胞仪,由加州大学洛杉矶分校生物医学工程博士生丹尼尔高斯特和亨利谢以及生物工程助理教授迪诺迪卡洛开发。它由一个小型化的微流控芯片组成,该芯片顺序排列细胞,使它们以每秒数千个细胞的速度撞击流体壁。一个专门的照相机以每秒140,000张图片的速度捕获这些细胞的显微图像,然后这些图像被定制软件自动分析以提取关于细胞物理特性的信息。

其他研究人员此前发现,细胞的物理特性可以提供有关细胞健康的有用信息,但以前的技术仅限于学术研究实验室,因为测量感兴趣的细胞可能需要数小时甚至数天。利用变形性血细胞计数器,该组可以在10至30分钟内制备样品并对数万个细胞进行分析。

(美国能源部长)朱棣文( Steven Chu )利用这种方法来拉伸DNA,而不是拉伸细胞。“这就要求我们设计系统的流体动力学,使细胞始终在同一位置进入拉伸流,利用惯性聚焦技术,我的团队一直处于领先地位。“

有了一个以更高的速率测量细胞物理特性的系统,生物工程师与加州大学洛杉矶分校的合作者合作,测量生物学家和医生感兴趣的各种细胞群。

Di Carlos团队与加州大学洛杉矶分校干细胞生物学家、分子、细胞和发育生物学助理教授阿曼德克拉克( Amander Clark )一起证实,能够成为任何组织类型的干细胞,其伸展性远远小于已经在成为特定组织的后代。

在加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院的病理学和实验室医学教授、细胞病理学家于坚·拉奥博士的协作下,该团队使用高速变形性血细胞计数器准确检测胸腔积液中的癌细胞。胸腔积液在肺周围堆积,传统上很难分析,因为它含有多种细胞类型的混合物——包括免疫细胞、胸壁内层的间皮细胞以及潜在的低浓度癌细胞。

诊断的主要问题是,仅用细胞形态学,很难区分对炎症、感染和损伤等情况有反应的非恶性间皮细胞与转移性癌细胞或恶性间皮细胞。因此,这种技术在这方面具有巨大的临床应用价值。“

与Rao和Geffen医学院传染病科及微生物学、免疫学和分子遗传学系教授Otto Yang博士一起,研究人员发现,除了识别癌症之外,该技术还对急性和慢性炎症状态敏感,在这些状态下,白细胞群体已准备好应对感染。测量免疫系统的状态有助于诊断免疫疾病,如艾滋病,或早期评估病人对移植的排斥反应,使医生以改进抗排斥疗法。

“传染病和器官移植的适用性仍然是理论上的,”杨说,他也是加州大学洛杉矶分校艾滋病研究所的研究员。“免疫细胞在被激活时会改变身体特征,因此,理论上,这种技术可以用来检测对感染或移植器官的免疫反应。“

”和校园里的其他人一起工作真是太棒了,”迪卡洛说。“每当我们与阿曼德、奥托或于坚交谈时,我们都学到了一些新的东西,这些东西帮助我们完善了我们的系统并解决了我们选择解决的问题。我们都生活在稍有不同的世界,有时沟通很困难,但生物工程是伟大的,因为我们可以用不同的语言沟通,并桥梁工程学院更有效地医学和生物学。“

研究结果已在《美国国家科学院院刊》上在线报道,并将在即将出版的期刊上发表。更多信息可在迪卡洛斯实验室网站上找到。

这项研究由国防高级研究项目局( DARPA )颁发的青年教师奖和Packard科学与工程基金会研究金资助。

cytavale Inc .是加州大学洛杉矶分校工程的副产品,由学校技术进步研究所协助,正在探索仪器商业化的第一步。

资料来源:王克明和陈马太,《加州大学洛杉矶分校新闻编辑室

图片:加州大学洛杉矶分校新闻编辑室

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