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科研進(jìn)展

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西南大學(xué)實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)《Lab on a Chip》期刊最新研究發(fā)表

發(fā)布時(shí)間:2024-07-24 作者:江蘇瑞明生物科技有限公司 點(diǎn)擊次數:75次

內容概要:


概述


西南大學(xué)余玲教授課題組在《Lab on a Chip》期刊發(fā)表最新研究成果“Probing the interaction between metastatic breast cancer cells and osteoblasts in a thread-based breast–bone co-culture device” ,研究組基于Col-I@thread的共培養模型模擬骨組織微環(huán)境,揭示癌細胞與骨組織間的串擾,為探索乳腺癌骨轉移的細胞和分子機制提供了平臺,并具有高通量篩選抗乳腺癌骨轉移藥物的潛力。研究中使用江蘇瑞明生物的實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)技術(shù)在該研究中用于檢測在Col-I@thread上生長(cháng)的成骨細胞MC3T3-E1與2D培養板上生長(cháng)的細胞的Ca2+分泌活性和礦化結節,表明在Col-I@thread上生長(cháng)的細胞活性和骨基質(zhì)形成更好。



背景&方案


乳腺癌對女性來(lái)說(shuō)是一個(gè)潛在的巨大威脅,骨是晚期乳腺癌患者最常見(jiàn)的轉移部位,嚴重影響患者的生活。由于體外實(shí)驗有限,動(dòng)物模型不合適,導致乳腺癌骨轉移患者缺乏有效的治療方法。在過(guò)去的幾十年里,微流控裝置因其良好的空間分辨率和構建細胞-細胞共培養室的潛力而在生物分析領(lǐng)域具有應用價(jià)值。近年來(lái),基于線(xiàn)程的微流控技術(shù)作為微流控發(fā)展的一個(gè)分支,因其在纖維間形成的毛細結構而備受關(guān)注。


基于線(xiàn)程的細胞培養裝置的制作如下圖,(A)將凍干的Col-I@thread打結在聚氯乙烯(PVC)框架上進(jìn)行細胞培養。(B)將兩塊thread@PVC框架堆疊起來(lái)組裝乳腺成骨細胞共培養模型。


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要點(diǎn)解析


01

為研究I型膠原修飾尼龍線(xiàn)(Col-I@thread)對細胞附著(zhù)和增殖的影響,研究組使用不同方法制備了I型膠原修飾尼龍線(xiàn)(Col-I@thread),發(fā)現凍干方法制備的膠原修飾尼龍線(xiàn)能夠吸附更多的蛋白,圖1。同時(shí),成骨MC3T3-E1細胞和乳腺癌4T1細胞在Col-I@thread上都有很高的粘附和增殖能力,并且相比于在2D細胞培養板上,絲線(xiàn)的三維結構更有利于細胞的附著(zhù)和增殖,圖2。


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圖1 Col-I改性尼龍線(xiàn)的特征。(A) Col-I改性后尼龍線(xiàn)的SEM圖。(B)原始尼龍線(xiàn),RT Col-I@thread和凍干Col-I@thread的C 1s的高分辨率XPS光譜。(C) BCA法定量測定尼龍線(xiàn)上的Col-I吸附。


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圖2.Col-I@thread上細胞的粘附和增殖。(A) MC3T3-E1細胞和4T1細胞MTT甲酸結晶紫圖像。(B) MTT增殖試驗量化MC3T3-E1和4T1的生長(cháng)。*表示p<0.05,**p<0.01,**p<0.001。(C)培養14天后成骨細胞MC3T3-E1的骨骼染色共聚焦圖像。細胞核用DAPI核染料染色(藍色),微絲用Actin-Tracker標記(綠色)。


02

在Col-I@thread上生長(cháng)的成骨細胞(MC3T3-E1)通過(guò)升高RUNX2、ALP、OPN和Col-I基因表達促進(jìn)成骨細胞分化。實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)技術(shù)在該研究中用于在Col-I@thread上生長(cháng)的成骨細胞MC3T3-E1與2D培養板上生長(cháng)的細胞的Ca2+分泌活性和礦化結節檢測,表明在Col-I@thread上生長(cháng)的細胞活性和骨基質(zhì)形成更好。


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圖3 Col-I@thread和2D培養板上MC3T3-E1細胞的RNA-Seq分析。(A)差異表達基因火山圖。(B)豐富的KEGG通路注釋分類(lèi)。Q值<0.05為顯著(zhù)富集。(C)不同條件下細胞生長(cháng)的Venn圖。(D) Venn圖交集基因的基因表達熱圖和KEGG通路圖。


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圖4 實(shí)時(shí)熒光定量PCR分析I型膠原(Col I) (A)、骨橋蛋白(OPN) (B)、矮子相關(guān)轉錄因子2 (RUNX2) (C)和堿性磷酸酶(ALP) (D)在GAPDH表達水平(作為內控)上的表達水平(Col-I@thread和2D培養板)。(E)相對基因表達熱圖。(F)上下游基因信號通路。


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圖5 在Col-I@thread上生長(cháng)的細胞鈣代謝增加。(A)細胞培養板和Col-I@thread上MC3T3-E1細胞胞內鈣的熒光圖像。(B)納米探針檢測單個(gè)細胞內鈣離子的圖像。(C)單細胞多模態(tài)分析系統定量的鈣離子熒光強度(***表示p<0.001, n=10)。(D)茜素紅s染色的成骨細胞礦化結節(E)在Col-I@thread上培養3、7、14天的MC3T3-E1堿性磷酸酶(ALP)活性。*表示p<0.05,**p<0.01, n=5。(F)成骨細胞MC3T3-E1培養后抗拉強度試驗。(G) MC3T3-E1支撐成骨細胞7、14、30天后Col-I@thread的力學(xué)性能。*表示p<0.05,**p<0.01, n=5。


MC3T3-E1細胞分別在凍干的Col-I@thread和Col-I@2D培養板(對照)上培養7天和14天。隨后,用鈣熒光標記物Fluo–4 AM染色。檢測單細胞中鈣離子的熒光強度(激發(fā)波長(cháng))。實(shí)驗中使用實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)分析儀在熒光顯微鏡下觀(guān)察細胞,定位到檢測細胞,隨后操縱納米探針(100nm)緩慢地穿透細胞,定位至活細胞的細胞質(zhì)部分,傳輸激發(fā)源(Ex:494nm),通過(guò)光信號采集系統(Em:516nm)收集單個(gè)活細胞內采集的鈣離子的熒光信號。每個(gè)實(shí)驗檢測10個(gè)細胞,計算平均熒光。


03

將Col-I@threads在指間交叉指框架中打結,組裝乳腺癌-骨共培養模型。研究證明,基于線(xiàn)程的共培養裝置使我們能夠分離浸潤性和非浸潤性乳腺癌細胞,并比較它們的分子特征。在骨轉移的乳腺癌細胞中,CX43、CXCR5和CSPG4基因的表達顯著(zhù)升高。同時(shí),RUNX2和OPG基因在成骨細胞中的表達受到抑制


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圖6 共聚焦顯微鏡圖像的成骨細胞(紅色)與乳腺癌細胞4T1(綠色)共培養使用線(xiàn)為基礎的設備。三維重建側視圖顯示4T1細胞侵入成骨細胞。



實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)分析儀


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1

實(shí)時(shí)單細胞多指標檢測:實(shí)時(shí)檢測單個(gè)活細胞內小分子含量(如葡萄糖、乳酸、ATP、膽固醇、Ca2+、K+等)及酶活性(葡萄糖苷酶、鞘磷脂酶、乳酸脫氫酶等),可匹配160余種商品化試劑盒;

2

實(shí)時(shí)亞細胞原位檢測:亞細胞水平(胞質(zhì)、胞核、胞膜)實(shí)現實(shí)時(shí)連續、原位檢測;

3

超微量提取、注射:單細胞水平提取細胞器(如溶酶體、線(xiàn)粒體)、胞質(zhì)進(jìn)行質(zhì)譜或其它平臺的聯(lián)用分析;單細胞注射藥物、代謝劑等,并進(jìn)行藥效或機制評價(jià);

4

活體水平檢測:活體水平實(shí)時(shí)檢測生化指標(用藥前后、中醫藥針灸刺激前后)的變化。


公司介紹
江蘇瑞明生物科技有限公司是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售精密生命科學(xué)儀器于一體的高新技術(shù)企業(yè),也是無(wú)錫市政府重點(diǎn)引進(jìn)的海外高層次人才創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)企業(yè)。公司產(chǎn)品聚焦細胞領(lǐng)域,涵蓋細胞觀(guān)察、操作、分析、活體檢測及樣品前處理等多個(gè)方面,包括本文使用的實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)分析儀之外還有、活細胞智能監測系統、顯微操作系統、超微量提取注射儀、油壓注射器、開(kāi)放式活體動(dòng)物成像儀以及超微量芯片點(diǎn)樣儀等具體產(chǎn)品。


原文鏈接


Wu SM, Chen F, Yang XY, Wu TF, Sun W, Yu L. Probing the interaction between metastatic breast cancer cells and osteoblasts in a thread-based breast-bone co-culture device. Lab Chip. 2023 Jun 13;23(12):2838-2853. doi: 10.1039/d3lc00106g.

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