NIST研究人员开发细胞物理特性量化技术为器官芯片铺平道路

NIST研究人员开发细胞物理特性量化技术为器官芯片铺平道路

这听起来像是科幻小说,但是“芯片器官”系统-能够模仿特定器官(例如肺或肝脏)中细胞相互作用的设备,在过去几年中已经开始被用于测试药物的有效性。我们使用这些系统来量化细胞的物理特性,从而提供有关药物治疗前后细胞健康的信息。在确定疗法的有效性时,这是至关重要的一步。

一般用于此目的的方法需要用分子对细胞进行修饰,这些分子在暴露于另一种特定颜色的光下会发出光。细胞在治疗前后发出的光的差异提供了一个与细胞健康水平相关的读数。然而,光度测量很难在实验重现。此外,用于使细胞发光的分子会改变其内部,从而产生某种可量化但“不自然”的测量结果。

在光谱的另一端是电子测量,与基于光发射的细胞测量相反,它不需要用非原生分子改变细胞来确定细胞的健康状况。这些类型的测量利用细胞的某些物理特性来区分细胞因暴露于治疗而导致的行为变化。电子设备可以感知细胞从一个地方到另一个地方的运动,这可以提供有关转移性癌细胞的移动性、心脏细胞的跳动变化以及由于毒素影响附着和其他保持细胞活力的内部过程而导致的细胞形状变化的信息。

美国国家标准与技术研究所(NIST)开发了一项技术,并申请了专利,该技术可以测量细胞的物理特性,如细胞的形状、移动能力以及细胞内部和外部的电变化。这项技术被称为监测细胞迁移的双模电泳膜,或D2M2CM,可以帮助确定药物和其他治疗对细胞的影响。此外,利用D2M2CM技术,可以将细胞放置或捕获在测量装置内的特定区域。这种特殊的功能可以使更多的细胞位于同一区域,进而可以在更短的时间内分析更多数量的细胞。

虽然电子测量在许多方面都优于光学测量(例如,无标签、实时、连续),但今天的生物医学和细胞生物学基础研究界使用电子测量的经验有限,这使得电子测量的吸引力降低。这就是为什么NIST设计了一种电子测量系统,可以在器官芯片型实验中快速设置细胞,也可以将细胞专门放置在传感器上进行细胞迁移行为的测量。该装置不仅可以通过电场捕获细胞来处理细胞,还可以通过测量细胞层的电阻来表征其物理特性。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

设计一个能够以用户友好的方式提供电子测量的系统,是朝着将该技术用于癌症和再生医学的药物测试等方面迈出的第一步。该专利是从NIST已发布的专利或专利申请组合中选出的两项专利之一,参加FedTech 2020春季创业工作室

研究人员正在继续研究,以进一步开发并将该技术转化为一种相对简单的方法,从而实现对细胞的实时和连续跟踪,从而为最终的用户提供一个能够获得细胞行为和细胞健康状态的量化信息系统。

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