由McKelvey工程學院機械工程和材料科學助理教授J. Mark Meacham領導的跨學科團隊和他實驗室的學生使用聲學微流體方法，在一個充滿液體的小室內使用超聲波駐波來收集組單細胞綠藻細胞Chlamydomonas reinhardtii，一種用于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的位置而不會損壞它們。通過首先收集細胞，該團隊可以在幾分鐘內有效地分析數百個細胞。結果發表在2019年6月12日的印刷版“ Soft Matter ”雜志的封底內頁上。

“把它想象成一個由超聲場制成的小籠子，”米查姆說。“細胞正在試圖找到逃生的方法，但被構成籠壁的波浪推回。當墻壁被移除時，它們可以自由奔跑。”

纖毛是細胞中的微小毛發狀結構，排列在我們的肺部，鼻部，大腦和生殖系統中。它們旨在清除液體和微生物，使人們保持健康。當他們出現故障時，不孕癥，慢性中耳感染，大腦水和其他疾病都會發展。

Susan Dutcher 是醫學院的遺傳學和細胞生物學和生理學教授，也是該論文的共同作者，他與C. reinhardtii及其數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，使用當前方法分析這么多變種，手動追蹤單個細胞，需要很長時間。

“對于Dutcher博士來說，根據游泳的有效性快速對其細胞進行分類，并選擇那些最費力，繁瑣，詳細分析最感興趣的細胞是有用的，”Meacham說。“這就是這種基于種群的方法真正有用的方法，使我們能夠在短時間內分析大量給定的突變體。”

對于這項工作，該團隊使用來自Dutcher實驗室的三種遺傳變異的C. reinhardtii細胞作為模型。

Meacham和博士生，該論文的第一作者Minji Kim開發了微流控芯片，該芯片足夠小，其中兩個適合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，入口和出口通道連接到裝置中心的圓形腔室 - 就像在打開超聲波之前用于細胞的大而開放的固定筆。Kim和Meacham將含有細胞的液體插入裝置中，然后通過壓電傳感器激活超聲波。超聲波從室壁反射以在圓形室內產生壓力井，其將細胞捕獲在室的中心處的組中。

在對細胞進行成像后，研究人員關閉超聲波，有效地打開籠門，讓細胞游離。

“這個聲學陷阱使我們能夠進行這種有趣的分析，我們無法做任何其他方式，”Meacham說。“我們可以捕獲并釋放細胞群，進行分析，加載下一個群體，捕獲，釋放，分析并加載下一個細胞，每個樣本在幾十秒到一分鐘內進行分級測量不同細胞類型的能力。“

Meacham說，分析傳播細胞很容易自動化，因為游泳從一個地方開始。細胞在釋放的細胞的連續圖像中顯示為黑色像素。然后，細胞形狀的變化與游泳速度有關。

“我們觀察他們游泳一到三秒，然后一旦我們擁有這些圖像，分析它們的過程就是自動化的，”Kim說。“我們可以通過自動化方式從大約50個細胞中獲得運動測量，這比通過跟蹤單個細胞要快得多。”

最終，該團隊尋求為研究人員提供一種工具，根據其運動能力對細胞進行分類，無論是對C. reinhardtii突變體進行編目還是用于評估精子細胞運動，Meacham說。

原文鏈接：

https://source.wustl.edu/2019/06/ultrasound-used-to-measure-movement-of-ciliated-cells/

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