圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究人員多年來一直在研究纖毛，以確定它們的功能障礙如何導(dǎo)致不孕和其他與纖毛相關(guān)的疾病?，F(xiàn)在，他們將能夠通過一種新的方法更快地完成這些研究，這種方法使用聲波來瞬間捕獲由纖毛驅(qū)動的細胞，然后釋放它們來測量它們游泳時的運動。
麥凱維工程學(xué)院機械工程和材料科學(xué)助理教授J. Mark Meacham帶領(lǐng)的跨學(xué)科團隊和他實驗室的學(xué)生利用聲學(xué)微流體技術(shù)，在一個充滿液體的小房間里，采集單細胞綠藻萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)，這是一種研究人類纖毛的模式生物。所謂的聲阱利用細胞體的材料特性將它們固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫粫p壞它們。通過首先收集細胞，該團隊可以在幾分鐘內(nèi)有效分析數(shù)百個細胞。研究結(jié)果于2019年6月12日發(fā)表在《軟物質(zhì)》雜志印刷版的封底。
米查姆說：“把它想象成一個由超聲波場組成的小籠子?！凹毎噲D找到逃跑的方法，但它們被構(gòu)成籠子壁的波浪推回。拆了墻，就可以自由奔跑了?！?
纖毛是細胞中微小的毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)，排列在我們的肺、鼻子、大腦和生殖系統(tǒng)中。它們旨在去除液體和微生物，保持人體健康。當(dāng)他們失敗時，不孕、慢性中耳感染、腦水等疾病都會發(fā)展。
醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)和細胞生物學(xué)及生理學(xué)教授蘇珊達奇爾也是這篇論文的合著者。他與萊因哈特和數(shù)百種遺傳變異體或突變體一起研究纖毛行為和功能障礙。Meacham說，用目前的方法分析這么多品種，手工追蹤單個細胞需要很長時間。
米查姆說：“對于達奇爾博士來說，根據(jù)游泳的有效性對細胞進行快速分類，選擇最費力、最繁瑣、最有趣的細胞進行詳細分析，是非常有用的?！斑@是這種基于群體的方法中真正有用的方法，它使我們能夠在短時間內(nèi)分析大量給定的突變體?！?
在這項工作中，該團隊使用了來自荷蘭實驗室的三種遺傳突變的萊因哈特氏菌細胞作為模型。
Meacham和博士生姬敏金是本文的第一作者，他們開發(fā)了微流控芯片，這種芯片足夠小，其中兩個適用于1英寸 3英寸的載玻片。細胞通過入口和出口通道進入和離開，入口和出口通道在超聲波打開之前連接到設(shè)備中心的圓形腔室，就像細胞的大開口筆一樣。金米查姆和金米查姆將含有細胞的液體插入裝置，然后通過壓電傳感器激活超聲波。超聲波從腔室壁反射，在圓形腔室中產(chǎn)生壓力井，該壓力井將細胞聚集在腔室的中心。
在對細胞成像后，研究人員關(guān)閉了超聲波，并有效地打開了籠子的門來釋放細胞。
“這個聲學(xué)陷阱使我們能夠進行這種有趣的分析，我們不能用任何其他方式來做，”米查姆說?！拔覀兛梢圆东@并釋放細胞群，對其進行分析，加載下一個細胞群，捕獲并釋放，分析并加載下一個細胞，每個樣本可以在幾十秒到一分鐘內(nèi)測量不同細胞類型的能力?！?
米查姆說，對擴散的細胞進行自動化分析很容易，因為游泳是從一個地方開始的。在釋放單元格的連續(xù)圖像中，單元格顯示為黑色像素。那么，細胞形態(tài)的變化與游泳速度有關(guān)。
金說：“我們觀察它們游泳一到三秒鐘，然后一旦我們有了這些圖像，分析它們的過程就會自動進行?！拔覀兛梢酝ㄟ^自動方式從大約50個細胞中獲得運動測量值，這比跟蹤單個細胞要快得多?！?
Meacham說，最終，該團隊試圖為研究人員提供一種工具，根據(jù)細胞的運動性對其進行分類，無論是對萊因哈特氏菌(C. reinhardtii)突變體進行編目，還是評估精子的運動性。
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