1、細胞運動性概述細胞的運動是機體新陳代謝與基本生命特征之一。在低等生物中，原始細胞通過變形和偽足活動趨近食物和遠離傷害。在高級生物體的生命活動中，細胞的定向遷移與胚胎形成、神經發育、免疫應答、器官成熟等密切相關。人類的許多重大疾病及其治療，如腫瘤轉移，神經修復、干細胞功能再生等等都與細胞運動息息相關。細胞的運動依賴于細胞骨架(Cytoskeleton),細胞骨架除了承擔胞內的物質運輸之外，也是構成細胞運動性的物質基礎，例如肌動蛋白是細胞運動偽足中最主要的結構單位。當細胞感受到外界的刺激信息(如食物信號等)，會伸出扁平的片層偽足，通過其前沿的不斷延展和基部的收縮，以及細胞與支撐物之間的吸附、解吸附

2、的動態循環，朝向刺激源運動。細胞的運動還具有粘附性(Adhesion)與趨向性(Polarization)的特點，不同的粘附因子與細胞外基質(ExtracellularMatrix)相互作用一方面決定了細胞運動的分子信號調控，同時與大量的趨化因子共同決定了不同細胞的特定組織轉移與偏好。Uioration圖1:細胞的定向遷移運動FiIdpodiumRetractionProtrusion圖2:細胞的運動性與細胞骨架蛋白SveincetIMh<|grU"Drflrisienilyaniplifyinigcell©GlorncruluaGNouroblastPcrigion

3、wrularnouronMigratinr)niiromYN中worAni。en電urcn圖3:神經干細胞分化與神經元的定向遷移PfimarylumwCHiaiKJltliAuriiDegradationotbafgrnErlmcrrtifiincbyirrvMopOdluandpodwomes口州MagnolbesemsHtb¥invodopocin日內仃中"inviniiVECMrit»rEGFSKr>tsdIrommacrophagesand4/fusedfrcmhlMKiWAAAAlnCSf-1Hcretedframhi庫CarGirnmdcallm

4、iorAbnonnECMfETurner西O0tucfmacrophage圖4:原生癌細胞的遷移與侵襲圖5:一個正在穿孔的腫瘤細胞的運動圖6:惡性黑色素瘤細胞侵入機體正常組織圖7:上皮細胞在傷口部位增殖，運動遷移，進行組織修復二、細胞運動性常用檢測方法細胞運動性研究在發育生物學、神經生物學、癌癥與干細胞生物學等諸多前沿科學領域具有重大研究意義。然而長期以來細胞運動性檢測是一個技術難點，目前常規可用于細胞運動性評估的主要方法有：基于顯微鏡的形態觀察（含熒光標記）、體外組織移植、細胞集落劃痕和BoydenChamber法，這些方法各有千秋，但都無法實現定量檢測細胞定向遷移、癌細胞侵襲性以及細胞粘附

5、性等，最近羅氏公司推出的基于BoydenChamber原理的微電子細胞芯片檢測技術（xCELLigence）實現了定量、動態、無標記對于大規模細胞遷移、侵襲、粘附性的檢測，同時還可同步檢測包括細胞增殖、凋亡等多項細胞生理學功能。1,基于顯微鏡的形態觀察（可免疫熒光標記）基于顯微鏡直接觀察細胞運動性一般依賴活細胞工作站記錄單一細胞的運動軌跡，如果通過染色標記可以觀察細胞骨架的改變。該方案對顯微系統要求高，難以同步觀察細胞群落的整體狀態，染色侵入式標記對細胞損傷大。共聚焦顯微鏡觀察綠色熒光標記運動中的細胞活細胞工作站觀察非小細胞肺癌（A549）的體外運動2,體外組織移植（可免疫熒光標記）通過原代組

6、織，建立短期的移植物離體培養，經染色可直接觀察遷移能力。適用于少數特定組織如神經元，應用范圍有限，技術難度大。小鼠嗅球神經干細胞體外移植物遷移（無趨化因子誘導）小鼠海馬神經干細胞體外移植物定向遷移（SDF-1趨化因子定向誘導）3 .細胞集落劃痕建立細胞培養劃痕實驗，觀察人為劃痕的愈合狀態來間接評估細胞遷移率，實驗簡單，但誤差大，重復性低，干擾因素多。單細胞層刮出條狀“傷口”0小時，18小時后，細胞層的愈合狀況。I:誘導表達14-3-3蛋白的3T3細胞；U:未誘導表達14-3-3蛋白3T3細胞。虛線表示了細胞運動的遠端位置。4 .BoydenChamber法BoydenChamber法又稱Tra

7、nswell技術，是目前最常用的檢測細胞運動性方法，通過將細胞加入上孔室，在下孔室加入血清或其它趨化因子誘導細胞遷移到下室。利用染色人工計數遷移細胞數目用于評估細胞的遷移。該方法無法滿足動態同步監控，人為計數誤差較大，重復率低。顯微鏡觀察遷移到微孔膜底部的細胞(染色后)5.基于BoydenChamber原理的微電子細胞芯片檢測技術(xCELLigence-RTCIM)xCELLigence-RTCIM是Roche與AceaBio公司聯合開發出來最新一代細胞檢測技術，將微電子傳感技術與BoydenChamber原理相結合，將電子芯片植入上孔底部膜表面，從而實現了動態、非標記的實時監控細胞遷移。同

8、理在上孔基部膜上側包被不同的基質層，可用于檢測癌細胞侵襲。該xCELLigence包含6X16的檢測孔，可同步檢測多達96組樣品，與xCELLigenc-RTCES系統結合還可同步檢測細胞增殖、凋亡等多項細胞生理學指標。圖：xCELLigence(RT-CIM)對非小細胞肺癌細胞株A549遷移運動的實時監測A:用于檢測細胞遷移與侵襲的實時細胞分析系統xCELLigence(RT-CIM)B：基于BoydenChamber原理的整合細胞阻抗傳感技術的檢測板。上室板中的細胞向含趨化因子的下室板定向遷移過程中，內置的阻抗傳感器實時紀錄細胞的運動過程。C:A549細胞的細胞遷移動態曲線綠色：無血清誘導

9、對照；紅色：血清成分誘導對照組表：幾種細胞運動檢測方法的比較運動形態觀察體外組織移植劃痕法BoydenChamberxCELLigence檢測原理顯微觀察組織移植、顯微觀察傷痕愈合細胞穿孔遷移細胞穿孔遷移微電子傳感檢測標記染色可染色觀察需染色觀察無需染色觀察無檢測細胞數目單一或少數細胞集落細胞集落細胞集落細胞群落(數量可控)定性研究，多簡單定量誤差全自動實時監控動態觀察非標記、非侵入式檢測重復性高人為干擾小特點靜態觀察動態觀察需活細胞工作站大實驗繁瑣組織采集技術要求局方法簡易誤差大方法簡易誤差大三、細胞微電子芯片檢測技術(xCELLIigence)1 .原理簡述xCELLigence細胞實時分

10、析系統是基于檢測電子傳感器阻抗變化以反映細胞生理狀態的新型細胞分析系統，其系統的核心是把微電子細胞傳感器芯片整合到表面適于細胞貼附與生長的細胞檢測板的底部或細胞浸潤遷移板的微孔膜。微電子芯片測定的電阻抗即反映了細胞生長、伸展、形態變化、死亡和貼壁程度等一系列生理狀態。MitiOtiKtMXit*mryfttnoiednihiebtftofntrttrwM4*t9wuf«flsa、efeorodeicettutuchMZ=ZDz=Zcelli圖：基于電子阻抗原理的高通量細胞芯片技術示意圖A:細胞檢測板底部的微電子細胞傳感器用于檢測阻抗變化B:基線阻抗紀錄了檢測板加入細胞之前的狀況C:阻

11、抗的變化放映了細胞生長、增殖、遷移等生理狀態細胞指數（CI）是基于阻抗和細胞狀態（包括貼壁細胞數量和貼壁狀態）之間的對應關系，轉化的一個指數參數，用以定量和比較細胞的真實狀態。CI值具有以下幾個特點：當不存在細胞或者細胞沒有很好貼壁在電極上，細胞指數為零。在相同的生理條件下，貼附在此孔電極表面的細胞越多細胞指數越大。細胞指數可以用來定量檢測孔里存在的細胞數量。細胞狀態的變化，比如細胞形態，細胞貼附或者細胞生長都會導致細胞指數的變化?；谖㈦娮幼杩箓鞲屑夹g的xCELLigence細胞實時分析系統具有免標記、實時、定量、自動化等諸多優勢。具體表現為：高信息量：可連續檢測生物反應的全過程，提供大量重

12、要的動態反應信息。無標記：分析無需昂貴的標記或報告。無創傷：電子檢測不會干擾細胞生長和分析。高準確度和精確度：定量衡量細胞生長，提供高于2個數量級的動態范圍，孔對孔CV通常低于5%。自動實時檢測：整個實驗過程自動收集數據，實時分析，大大改善僅僅在最終點分析的結果。靈活性：獨特的設計允許自定義分析項目，提高實驗室的效率。易操作：用戶友好的軟件，簡單直接的安裝，簡化培訓和操作。系統整合：微孔感應設備可與已有的滴定板設備配套使用?；罴毎焚|控制：在培養孔中檢測細胞質量。xCELLigence細胞實時分析系統包括RT-CIM?和RT-CES?兩個系列：細胞遷移與侵襲性監控分析系統，動態細胞高通量功能檢

13、測系統2,細胞遷移與侵襲性監控分析系統xCELLIigence/RT-CIMxCELLIigence/RT-CIM的檢測板由上室板和下室板組成。上室板微孔底部具微孔膜，其下表面整合了微電子生物傳感器。下室板則作為細胞培養基的容器。當上室板中的細胞通過微孔發生遷移時就可被生物傳感器檢測到。通過系統測量的阻抗得到的指數，反映遷移細胞的數量。圖：裝配一體的上室板和下室板以及上、下室之間的帶電極的微孔（8um）膜3 .動態細胞高通量功能檢測系統xCELLIigence/RT-CES圖：動態細胞高通量功能檢測系統的檢測板：16孔板，96孔板以及微孔底部金電極4 .xCELLIigence應用領域與已發表

14、論文目錄細胞侵襲和遷移細胞增殖細胞質控化合物介導的細胞毒性細胞介導的細胞毒性受體介導的信號傳導功能性監測細胞貼壁和伸展GPCR信號的功能監測屏障功能igE受體功能病毒定量已發表的參考論文（略）四、應用實例1.乳腺癌細胞株（MCF7）的遷移力動力學檢測ooOA14121.033D35D42.043DTim口口Hiuf：ML-乳腺癌細胞株（MCF7）上室孔含5000個細胞/孔,無血清饑餓6小時，下室孔含10%血清。2.某種趨化因子不同的濃度梯度對破骨細胞遷移的影響上室孔含成骨細胞10000個細胞/孔；底部微孔膜包被2小時,卜室孔培養液含不同濃度的BMP趨化因子，無血清誘導。小鼠某種腫瘤細胞遷移能力

15、HoursControl為野生型小鼠乳腺腫瘤細胞；Mutant為某基因敲除缺陷型乳腺腫瘤細胞上室孔含乳腺腫瘤10000個細胞/孔；底部微孔膜Fibronectin包被2小時,下室孔培養液含不同濃度的BMP趨化因子，無血清誘導。4 .某種細胞的分化功能檢測Control為野生型小鼠神經干細胞；Mutant為某基因敲除缺陷型神經干細胞檢測芯片預先PDL+Laminin雙層包被處理，神經元分化24小時后加入2%血清誘導膠質細胞分化。5 .某抗腫瘤藥物抑制乳腺癌細胞（MCF7）的動力學分析同ajipull=a>uPOJIW=CUJJONline(irHouC低，中，高三種濃度長春瑞濱（NVB）作

16、用于乳腺癌細胞（MCF7）的動力學效應。6 .細胞增殖的動力學圖譜指導天然藥物活性成分分離的運用Non-polarcationicAnion-exchangecolumnB號-Over3KdfractionSerum-freefractionI*l¥HCPjHA:某天然藥物經陰離子交換柱分離獲得的非極性，陽離子混合組分與陰離子組；B,C：陰離子組分(B)與經超濾分離的大于3KD組分(C)均不能呈現特征性細胞指紋圖譜；D:非極性，陽離子混合組分與超濾小于3KD組分呈現與天然藥物類似的特征性細胞指紋圖譜7 .細胞增殖的動力學圖譜預測天然藥物細胞學功能A:前期研究篩選的某天然藥材特征性細胞

17、圖譜；B:抗細胞有絲分裂的6種已知小分子化合物呈現的特征性圖譜（即該類化合物的細胞功能標識圖譜）五、技術服務1 .服務內容細胞趨化和遷移檢測腫瘤細胞遷移和侵襲抗腫瘤轉移藥物篩選實時動態細胞功能檢測（增殖、凋亡、粘附等）天然藥物生物活性成份篩選與功能預測與評估2 .試驗流程客戶提供服務要求與實驗預約;與客戶溝通后確定試驗方案；方案實施與實驗操作實驗結果分析，提供檢測報告。3 .服務價格項目名稱xCELLIgence檢測系統項目內涵計價單位校外單價（元）細胞趨化與遷移動態監測RTCIM細胞遷移監測芯片、試劑和耗材16孔.次3000人工費與數據處理16孔.次1000r儀器占用費板.小時154000+15*小時數細胞生理學功能動態檢測RTCES細胞生長監測芯片、試劑和耗材16孔.次1500人工費與數據處理16孔.次500儀器占用費板.小時152000+15*小時數備注月中瘤細胞浸潤性動態檢測另加收芯片預處理費300元4 .受檢樣品與細胞質控要求1）客戶提供測試樣品如化合物、趨化因子、生長因子、天然藥物等，并不提供測試樣品的理化性質，如質量、濃度、分子量、溶解度等。2）目前可以提供已驗證合格用于遷移、侵襲和細胞功能分析的細胞株包括：細胞名稱種類A549人非小細胞肺癌株MCF7人乳腺癌細胞株Hela人宮頸癌細胞株HT1080人纖維肉瘤細胞株MDA-MB-231人乳腺癌細胞株MDA-MB