捕获和释放加速游泳纤毛细胞的研究

华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员多年来一直在研究纤毛，以确定其功能障碍如何导致不孕和其他与纤毛相关的疾病。现在，他们将能够通过一种新的方法更快地完成这些研究，这种方法使用声波来即时捕获由纤毛推动的细胞，然后释放它们来测量它们游泳时的运动。

由McKelvey工程学院机械工程和材料科学助理教授J. Mark Meacham领导的跨学科团队及其实验室的学生使用声学微流体在一个充满液体的小房间内收集单细胞绿藻细胞莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)，这是一种用于研究人类纤毛的模式生物。所谓的声学陷阱，就是利用细胞体的材料特性，在不破坏细胞体的情况下，将其固定到位。通过首先收集细胞，该团队可以在几分钟内有效地分析数百个细胞。该结果发表在2019年6月12日《软物质》杂志印刷版的封底。

“把它想象成一个由超声波场构成的小笼子，”米查姆说。“细胞试图找到逃跑的方法，但它们被构成笼壁的波浪推了回去。墙拆了，就可以自由奔跑了。”

它是纤毛细胞中微小的毛状结构，排列在我们的肺、鼻、脑和生殖系统中。它们被设计用来去除液体和微生物，保持人们的健康。当他们失败时，就会出现不孕症、慢性中耳感染、脑水等疾病。

苏珊达奇尔(Susan Dutcher)是医学院的遗传学和细胞生物学和生理学教授，也是这篇论文的合著者。他与莱茵衣藻及其数百种遗传变异体一起研究了纤毛的行为和功能障碍。Meacham表示，使用当前的方法分析如此多的变体并手动跟踪单个细胞需要很长时间。

“对于达奇尔博士来说，根据游泳的有效性对细胞进行快速分类是有用的，并选择那些最费力、最乏味、最有趣的细胞进行详细分析，”Meacham说。“这是这种基于群体的方法的真正有用的方法，它使我们能够在短时间内分析大量给定的突变体。”

在这项工作中，研究小组使用了来自荷兰实验室的莱茵衣藻细胞的三种遗传变异体作为模型。

米查姆和博士生，这篇论文的第一作者姬敏金，开发了微流控芯片，它足够小，其中两个适合1英寸 3英寸的载玻片。细胞通过入口和出口通道进入和离开，这些通道连接到设备中心的圆形腔室，就像打开细胞的大开口笔一样，然后打开超声波。和Kim Meacham将含有细胞的液体插入设备中，然后通过压电传感器激活超声波。超声波从室壁反射以在圆形室中产生压力井，该压力井在室的中心捕获一组细胞。

在对细胞成像后，研究人员关闭超声波，有效地打开笼门，让细胞自由。

“这种声学陷阱使我们能够进行这种有趣的分析，我们不能用任何其他方式来做，”Meacham说。“我们可以捕获和释放细胞群体，分析，加载下一个群体，捕获，释放，分析和加载下一个细胞。每个样本可以在几十秒到一分钟内测量不同细胞类型的能力。”

Meacham说，自动分析扩散细胞很容易，因为游泳是从一个地方开始的。它在细胞释放的细胞的连续图像中显示为黑色像素。然后，细胞形状的变化与游泳速度有关。

“我们观察它们游泳一到三秒钟，然后一旦我们有了这些图像，分析它们的过程就自动化了，”金说。“我们可以以自动化的方式从大约50个细胞中获得运动测量结果，这比跟踪单个细胞要快得多。”

Meacham说，最终，该团队试图为研究人员提供一种根据细胞活力对细胞进行分类的工具，无论是对莱茵衣藻突变体进行编目还是用于评估精子活力。

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