麻省理工学院:根据声学属性来分选细胞

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所属分类:声学基础

在医学和基础研究中,微流控设备在迅速分析细胞方面,显示出巨大的潜力。研究人员已经设计了可根据细胞的大小、可变形性和电气性能等特点来区分它们的系统。(相关参阅:国内套完整的基于微流控技术的单细胞分离和鉴定系统在清华大学投入使用。)

麻省理工学院:根据声学属性来分选细胞

最近,麻省理工学院(MIT)的一组研究人员开发出一种新方法,根据声学属性来分选细胞——也就是说,它们是如何受声波影响的,这取决于细胞的密度和可压缩性。相关研究结果发表在5月16日的《Nature Communications》杂志。论文的第一作者是麻省理工学院前博士后、现任瑞典隆德大学教授的Per Augustsson。

这些声学特性依赖于细胞的内含物和结构,并不依赖细胞的大小,因此该方法可被用来分选相同大小的的细胞类型。这种方法的另一个优点是,它不需要以任何方式用化学标签来改变细胞。

我们可以使用这种技术开发一种手持设备,这将使一个被称为全血计数(CBC)的测试变得更为容易和更快。这种测试——目前需要血液样本被送往实验室进行分析,通常是为了确定患者的血液中存在多少血红细胞和不同类型的白细胞。

本文资深作者、麻省理工学院的电气工程和计算机科学教授Joel Voldman说:“你可以进行一个完整的血细胞计数,不需要对细胞做任何标记。”

这种新设备是由一个微流体通道组成,它在一个非常低的频率上振动。随着细胞流经这个通道,根据细胞如何与振动产生的声力相互作用,它们被推到了一定的位置。

如果细胞流经通道中的水,它们几乎所有都聚集在通道中心,因为它比水更密集。然而,研究人员加入了一种叫碘克沙醇(iodixanol)的化合物,其在通道中创建了一个密度梯度。流经通道的液体在通道中间是最密集的,接近通道壁的密度减少。

通常,这种梯度最终会瓦解,因为中间密集的液体会向外蔓延。然而,研究人员发现,通道微小振动所产生的声学力量,可防止这种情况的发生。这种密度梯度迫使细胞横向移动,沿着通道流动,直到它们达到正确的区域。

Voldman说:“如果我们让中间的液体密度超高,而让边缘的液体密度较低,那么颗粒或细胞将移动,直到它们的声学属性与任何当地环境相匹配。”

使用这种方法,研究人员发现,他们可以区分三种不同类型的白细胞——单核细胞、淋巴细胞和中性粒细胞,尽管单核细胞和中性粒细胞的大小非常相似。

除了分析红血细胞和白血细胞之外,这种技术也可以用于从病人的血液样本中分离肿瘤细胞,也许是为了监测癌症的进展。在这项研究中研究人员还表明,他们可以基于细胞的声学特性,区分不同类型的肿瘤细胞。

早在2012年10月,北卡罗来纳州立大学(NCSU)的研究人员就采用超声波技术,开发出一种新的细胞分选方法,与其他方法相比,可减少细胞的损伤。这项研究成果表于《Applied Physics Letters》杂志。(相关阅读:一种新型的超声波细胞分选技术。)

2014年8月,麻省理工、宾夕法尼亚州立大学和Carnegie Mellon大学的研究人员,发明了一种以声波为基础的新细胞分离技术。这一设备只有一个硬币大,但却可以在癌症患者的血液里检测到极为罕见的肿瘤细胞,有助于医生们判断肿瘤是否会发生扩散。相关论文发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。(相关阅读:道明、黄竣教授PNAS发明新细胞分选技术。)

去年4月份,斯坦福大学医学院的一个研究团队,提出了一种分析单细胞类型的新方法。这种方法类似于分析一杯奶昔,以找到什么水果加入其中。本研究描述的方法称为Cibersort,在线发表于《Nature Methods》。(相关阅读:新型细胞分选法突破传统限制。)

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