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细胞纤维化相关疾病的力学生物学-pavone细胞高通量高内涵力学压痕测试仪

 更新时间:2023-08-22 点击量:530

(细胞模量硬度))细胞外基质软硬度


纤维化疾病肿瘤相关纤维化构成了一个全球性的健康问题,共同导致巨大的发病率和死亡率。 大约每1人中就有8人患有纤维化相关疾病。 纤维化疾病包括广泛的临床疾病,包括系统性硬化症、特发性肺纤维化、黄斑变性、慢性肾脏病、肝硬化和心脏纤维化。与组织损伤后起源的纤维性耳病类似,胰腺癌和肝细胞癌的肿瘤形成也会发生纤维化。 

大约每1人中就有8人患有纤维化相关疾病。

尽管临床表现和致病机甲症状存在显着差异,但这些疾病在受影响器官中具有类似的不受控制和进行性纤维化组织的积累,导致其功能障碍和衰竭。 

最近的证据证实,细胞外基质变硬 在纤维化的开始和进展中重要作用在组织纤维化期间,基质硬度显着增加。 例如,皮肤,肺和肝脏的硬度从稳态中的0.5至1kPa增加到纤维化实验模型中的25-100kPa。 此外对组织损伤或肿瘤的反应是心 肌变硬促进肌成纤维细胞(成纤维细胞的活化形式)的机激活,肌成纤维细胞负责用无功能的纤维化组织替换正常组织。  

*组织修复和纤维研究揭示了环境如何在正常、受伤、修复和纤维化组织中形成。 光学11 生命 纳米压痕仪表征纤维化组织的强大方法。设备可以识别组织结构特征的改变和诊断疾病的早期迹象。将这些见解转化为临床和治疗干预措施可以实现治疗纤维化组织重塑的新方法

 

PAVONE


高通量细胞力学测试平台

结合在线培养以及成像功能

关于Pavone

Pavone使研究人员能够在接近生理条件下分析细胞和其他生物材料的结构和功能特性。

可同时放置2个96孔板,Pavone允许高通量高含量筛选功能特性,包括细胞刚度、粘弹性、粘附、收缩、机械感应等。

这一新平台将微观力学表征与光学成像和培养相结合,实现了快速方便的数据收集。

预先校准的光纤传感器以及预先编程的实验进程,使得该仪器可以真正节省时间,产生大量有意义的实验结果。


     

核心优势


               


高通量压痕

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简单易用

空间充裕

自动控制

生物友好

工作过程

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应用方向

               


病理学

单细胞病理学:研究癌细胞力学与基因表达之间的关系。癌症是一种广泛研究的疾病。

然而,机制和基因表达的相互作用,以及它们如何影响疾病进展,是一个相对较新的领域,许多问题尚待解决。

Pavone可以叠加单细胞力和荧光数据,因此可以耦合力基因表达关系。

机械药理学

单细胞机械药理学:研究细胞力学在疾病中的作用以及与药物靶化合物的关系。

在药理学中,机械生物学分析仅限于特定的应用领域,如心脏病,尽管已证明其他领域(如炎症和纤维化)中机械特性的相关性是相关的。

Pavone能够筛选大型样本集的机械特性,从而解开目前尚未发现的药物干预的潜在线索。

生理学

单细胞生理学:研究活细胞的功能特性。

随着基因组筛查的日益普及,单细胞生理学领域在过去几十年取得了很大进展。

为了全面理解单个细胞的功能方面,如干细胞分化或心肌细胞功能,力或机械特性可以用作读取参数。

此外,它们可以使用Pavone和/或第三方设备的分析后测序与荧光耦合。

       

技术介绍


这种高通量纳米压痕平台的设计考虑了机械生物学。直接力测量功能与模块化成像和培养*集成,并可同时使用2块96孔板。力测量使用Optics11 Life的基于光纤的MEMS传感器进行,具有高精度、准度和低噪声水平。

了解更多?

Read the Pavone Application note.

Check out our

resources page and learn all there is to know about the Pavone.

方法

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成像

根据感兴趣的研究,如果需要,可以使用荧光、共焦或其他更专业的成像模式来扩展标准亮场和相位对比成像能力。这里的图片显示了Pavone对EGFP染色酵母细胞的荧光和相位对比成像的叠加。

机械特性

Pavone的操作是为了与生物工作流程相结合而量身定制的,提供了*自动化的查找接触、压痕和数据分析程序。此外,可采用拖放方式设计半自动事件序列,或以“连续"模式使用仪器,其中触摸屏界面使研究人员能够选择要进行分析的细胞。


培养

默认情况下,Pavone包括温度控制,使用多个加热元件和*控制机制,以确保均匀稳定地加热到生理温度。此外,还可以添加CO2和湿度控制模块,以提供类似培养箱的条件。

Optics11 life公司Pavone细胞压痕刺激Optics11 life公司Pavone细胞压痕刺激

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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-PDMS胶体软硬度模量纳米压痕Piuma-PDMS胶体软硬度模量纳米压痕

                                           

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