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细胞力学特性作为癌症的新生物标志物

 更新时间:2023-06-21 点击量:369


癌症是全球主要死因之一,10年死亡人数接近2020万,几乎占六分之一。2022 年癌症死亡的最常见原因是肺癌(1 万人死亡)、结肠和直肠(80.916 人死亡)、肝脏(000.830 人死亡)、胃(000.769 人死亡)和乳房(000.685 人死亡)。

癌症源于正常细胞转化为恶性细胞。这些变化是由遗传易感性和环境因素(致癌物)之间的相互作用引起的。最常见的癌症治疗是手术、放疗和化疗单独或联合使用。然而,具体的治疗方法取决于癌症的类型、疾病的严重程度、进展速度、患者的健康状况和对治疗的反应。

细胞硬度、细胞外基质(EMC)和微环境的机械性能的变化会影响癌症的进展。虽然癌细胞通常比健康细胞软,但由于与纤维化相关的基质僵硬,肿瘤往往比周围组织更硬。此外,通过ECM重塑肿瘤微环境的变化导致转移性播散。ECM 重塑可能会改变细胞行为,例如识别基质几何形状和刚度、细胞骨架重组、细胞极化、运动和增殖。

*机械表征工具可以加深对癌细胞形态和力学及其在发育、生理和疾病中的作用的理解。从这个意义上说,Optics11 Life纳米压痕仪成为癌症新治疗方法的有力方法。这些装置可以识别正常细胞和恶性细胞之间的机械差异并预测癌症进展。将这些方法转化为临床和治疗干预措施可以实现新的癌症治疗方法。


[1] 世界卫生组织。(未注明日期)。癌症。世界卫生组织。检索于 14 年 2022 月 <> 日,

[2] Yu伟博,Shivani Sharma,Elizabeth Rao,Amy C. Rowat,James K. Gimzewski,Dong Han,Jianyu Rao,癌细胞力学生物学:癌症研究的新前沿,美国国家癌症中心杂志,第2卷,第1期,2022年,第10-17页,ISSN 2667-0054,

[3] Chaudhuri PK, Low BC, Lim CT. 肿瘤生长的机械生物学.化学修订版 2018 25 月 118;14(6499):6515-10.DOI:1021.8/acs.chemrev.00042b2018。Epub 21 29927236 月 <>.密码:<>。

[4] 癌症力学生物学:微环境传感和转移,GeonHui Lee,Seong-Beom Han,Jung-Hwan Lee,Hae-Won Kim和Dong-Hwee Kim,ACS生物材料科学与工程2019 5(8),3735-3752,10.1021 / acsbiomaterials.8b01230

[5] 全球癌症数据:国际世界癌症研究基金会。(2022 年 14 月 14 日)。检索于 2022 年 <> 月 <> 日,来自 

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[8] 张健,辛西娅·A·莱因哈特-金,靶向转移中的组织僵硬:机械医学改善癌症治疗,癌细胞,第 37 卷,第 6 期,2020 年,


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Optics11成立于2011年,是阿姆斯特丹自由大学(VU)的衍生组织。从那时起,这家初创公司的收入和员工持续增长,成为荷兰发展最快的公司之一,并具有国际影响力。Optics11 Life提供功能强大的新型纳米压痕仪,与传统的同类产品相比,使用方便、功能多样、坚固耐用。主要用于测量复杂、不规则的生物材料,如单细胞、组织、水凝胶和涂层的机械性能。

Piuma Nanoindenter

生物组织、软物质材料力学性能测试的新方法

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Piuma是功能强大的台式仪器,可探索水凝胶、生理组织和生物工程材料的微观机械特性。表征尺度从宏观直至细胞。专为分析测试软材料而设计,测量复杂和不规则材料在生理条件下的力学性能。杭州轩辕科技有限公司

主要优势

● 内置摄像镜头,方便实时观察样品台

● 实时分析计算测量结果,原始数据并将以文本文件存储,方便任何时候导入Dataviewer软件进行复杂处理

● 探针经过预先校准,即插即用。对于时间敏感的样品确保了快速测量

● 光纤干涉MEMS技术能够以无损的方式测量即使是最软的材料,并保证分辨率。同时探针可以重复使用Piuma轩辕纳米压痕仪Piuma轩辕纳米压痕仪

                                           

技术参数

模量测试范围

5 Pa - 1 GPa

探头悬臂刚度0.025 - 200 N/m
探头尺寸(半径)

3 - 250 μm

最大压痕深度100 μm
传感器最大容量200
测试环境air, liquid (buffer/medium)
粗调行程

X*Y:12×12 mm          Z:12 mm

加载模式

Displacement / Load* / Indentation*
测试类型

准静态(单点,矩阵)

蠕变,应力松弛

DMA动态扫描 (E', E'', tanδ)

动态扫描频率*
0.1 - 10 Hz
内置拟合模型Young's Modulus (Hertz / Oliver-Pharr / JKR)
*为可选升级配置


Fiber-On-Top 探头

新型光纤干涉式悬臂梁探头,利用干涉仪来监测悬臂梁形变。638115393727713280157.jpg


相较于原子力显微镜或传统纳米压痕仪

创新型光纤探头,弥补了传统纳米压痕仪无法测试软物质的问题,也解决了AFM在力学测试中的波动大,操作困难、制样严苛等常见缺陷。


● 背景噪音低:激光干涉仪抗干扰强于AFM反射光路

● 制样更简单:对样品的粗糙度宽容度高于AFM

● 刚度选择更准确:平行悬臂梁结构有利于准确判别压痕深度与压电陶瓷位移比例关系,便于选择合适刚度探头来保证弹性形变关系的稳定性,进而获得重复率更高、准确性更好的数据



内置分析软件

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● 借助功能强大而易于操作的软件,用户可以自由控制压痕程序(载荷、位移等)。自动处理曲线的流程,可以获得数据和结果的快速分析


● 原始参数完整txt导出,便于后续复杂处理的需要


● 利用Hertz接触模型从加载部分计算弹性模量,与常用的Oliver&Pharr方法相比,更为适合生物组织和软物质材料特性



视频介绍


近期文献



年  份期  刊题  目
2022Advanced Functional MaterialsEngineering Vascular Self-Assembly by Controlled 3D-Printed Cell Placement
2022BiomaterialsHydrogels derived from decellularized liver tissue support the growth and differentiation of cholangiocyte organoids
2021Biofabrication3D bioprinting of tissue units with mesenchymal stem cells, retaining their proliferative and differentiating potential, in polyphosphate-containing bio-ink
2021nature communicationsJanus 3D printed dynamic scaffolds for nanovibration-driven bone regeneration
2020Environmental Science & TechnologyEffect of Nonphosphorus Corrosion Inhibitors on Biofilm Pore Structure and Mechanical Properties
2020Acta BiomaterialiaA multilayer micromechanical elastic modulus measuring method in ex vivo human aneurysmal abdominal aortas