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細(xì)胞力學(xué)特性作為癌癥的新生物標(biāo)志物

 更新時(shí)間:2023-06-21 點(diǎn)擊量:1878


癌癥是全球主要死因之一,10年死亡人數(shù)接近2020萬(wàn),幾乎占六分之一。2022 年癌癥死亡的最常見原因是肺癌(1 萬(wàn)人死亡)、結(jié)腸和直腸(80.916 人死亡)、肝臟(000.830 人死亡)、胃(000.769 人死亡)和乳房(000.685 人死亡)。

癌癥源于正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為惡性細(xì)胞。這些變化是由遺傳易感性和環(huán)境因素(致癌物)之間的相互作用引起的。最常見的癌癥治療是手術(shù)、放療和化療單獨(dú)或聯(lián)合使用。然而,具體的治療方法取決于癌癥的類型、疾病的嚴(yán)重程度、進(jìn)展速度、患者的健康狀況和對(duì)治療的反應(yīng)。

細(xì)胞硬度、細(xì)胞外基質(zhì)(EMC)和微環(huán)境的機(jī)械性能的變化會(huì)影響癌癥的進(jìn)展。雖然癌細(xì)胞通常比健康細(xì)胞軟,但由于與纖維化相關(guān)的基質(zhì)僵硬,腫瘤往往比周圍組織更硬。此外,通過(guò)ECM重塑腫瘤微環(huán)境的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)移性播散。ECM 重塑可能會(huì)改變細(xì)胞行為,例如識(shí)別基質(zhì)幾何形狀和剛度、細(xì)胞骨架重組、細(xì)胞極化、運(yùn)動(dòng)和增殖。

*機(jī)械表征工具可以加深對(duì)癌細(xì)胞形態(tài)和力學(xué)及其在發(fā)育、生理和疾病中的作用的理解。從這個(gè)意義上說(shuō),Optics11 Life納米壓痕儀成為癌癥新治療方法的有力方法。這些裝置可以識(shí)別正常細(xì)胞和惡性細(xì)胞之間的機(jī)械差異并預(yù)測(cè)癌癥進(jìn)展。將這些方法轉(zhuǎn)化為臨床和治療干預(yù)措施可以實(shí)現(xiàn)新的癌癥治療方法。


[1] 世界衛(wèi)生組織。(未注明日期)。癌癥。世界衛(wèi)生組織。檢索于 14 年 2022 月 <> 日,

[2] Yu偉博,Shivani Sharma,Elizabeth Rao,Amy C. Rowat,James K. Gimzewski,Dong Han,Jianyu Rao,癌細(xì)胞力學(xué)生物學(xué):癌癥研究的新前沿,美國(guó)國(guó)家癌癥中心雜志,第2卷,第1期,2022年,第10-17頁(yè),ISSN 2667-0054,

[3] Chaudhuri PK, Low BC, Lim CT. 腫瘤生長(zhǎng)的機(jī)械生物學(xué).化學(xué)修訂版 2018 25 月 118;14(6499):6515-10.DOI:1021.8/acs.chemrev.00042b2018。Epub 21 29927236 月 <>.密碼:<>。

[4] 癌癥力學(xué)生物學(xué):微環(huán)境傳感和轉(zhuǎn)移,GeonHui Lee,Seong-Beom Han,Jung-Hwan Lee,Hae-Won Kim和Dong-Hwee Kim,ACS生物材料科學(xué)與工程2019 5(8),3735-3752,10.1021 / acsbiomaterials.8b01230

[5] 全球癌癥數(shù)據(jù):國(guó)際世界癌癥研究基金會(huì)。(2022 年 14 月 14 日)。檢索于 2022 年 <> 月 <> 日,來(lái)自 

[6] 萊萬(wàn)多夫斯卡;魯茲基·萊萬(wàn)多夫斯基·拉斯科斯卡·(未注明日期)。癌癥的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素 – 綜述論文。檢索于 14 年 2022 月 30922021 日,來(lái)自 

[7] Ishihara S, Haga H. 基質(zhì)硬度通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)癌癥進(jìn)展.癌癥(巴塞爾)。2022 18 月 14;4(1049):10.DOI:3390.14041049/癌癥35205794;PMCID:PMC<>。

[8] 張健,辛西婭·A·萊因哈特-金,靶向轉(zhuǎn)移中的組織僵硬:機(jī)械醫(yī)學(xué)改善癌癥治療,癌細(xì)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學(xué)(VU)的衍生組織。從那時(shí)起,這家初創(chuàng)公司的收入和員工持續(xù)增長(zhǎng),成為荷蘭發(fā)展最快的公司之一,并具有國(guó)際影響力。Optics11 Life提供功能強(qiáng)大的新型納米壓痕儀,與傳統(tǒng)的同類產(chǎn)品相比,使用方便、功能多樣、堅(jiān)固耐用。主要用于測(cè)量復(fù)雜、不規(guī)則的生物材料,如單細(xì)胞、組織、水凝膠和涂層的機(jī)械性能。

Piuma Nanoindenter

生物組織、軟物質(zhì)材料力學(xué)性能測(cè)試的新方法

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Piuma是功能強(qiáng)大的臺(tái)式儀器,可探索水凝膠、生理組織和生物工程材料的微觀機(jī)械特性。表征尺度從宏觀直至細(xì)胞。專為分析測(cè)試軟材料而設(shè)計(jì),測(cè)量復(fù)雜和不規(guī)則材料在生理?xiàng)l件下的力學(xué)性能。杭州軒轅科技有限公司

主要優(yōu)勢(shì)

● 內(nèi)置攝像鏡頭,方便實(shí)時(shí)觀察樣品臺(tái)

● 實(shí)時(shí)分析計(jì)算測(cè)量結(jié)果,原始數(shù)據(jù)并將以文本文件存儲(chǔ),方便任何時(shí)候?qū)隓ataviewer軟件進(jìn)行復(fù)雜處理

● 探針經(jīng)過(guò)預(yù)先校準(zhǔn),即插即用。對(duì)于時(shí)間敏感的樣品確保了快速測(cè)量

● 光纖干涉MEMS技術(shù)能夠以無(wú)損的方式測(cè)量即使是最軟的材料,并保證分辨率。同時(shí)探針可以重復(fù)使用Piuma軒轅納米壓痕儀Piuma軒轅納米壓痕儀

                                           

技術(shù)參數(shù)

模量測(cè)試范圍

5 Pa - 1 GPa

探頭懸臂剛度0.025 - 200 N/m
探頭尺寸(半徑)

3 - 250 μm

最大壓痕深度100 μm
傳感器最大容量200
測(cè)試環(huán)境air, liquid (buffer/medium)
粗調(diào)行程

X*Y:12×12 mm          Z:12 mm

加載模式

Displacement / Load* / Indentation*
測(cè)試類型

準(zhǔn)靜態(tài)(單點(diǎn),矩陣)

蠕變,應(yīng)力松弛

DMA動(dòng)態(tài)掃描 (E', E'', tanδ)

動(dòng)態(tài)掃描頻率*
0.1 - 10 Hz
內(nèi)置擬合模型Young's Modulus (Hertz / Oliver-Pharr / JKR)
*為可選升級(jí)配置


Fiber-On-Top 探頭

新型光纖干涉式懸臂梁探頭,利用干涉儀來(lái)監(jiān)測(cè)懸臂梁形變。638115393727713280157.jpg


相較于原子力顯微鏡或傳統(tǒng)納米壓痕儀

創(chuàng)新型光纖探頭,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)納米壓痕儀無(wú)法測(cè)試軟物質(zhì)的問題,也解決了AFM在力學(xué)測(cè)試中的波動(dòng)大,操作困難、制樣嚴(yán)苛等常見缺陷。


● 背景噪音低:激光干涉儀抗干擾強(qiáng)于AFM反射光路

● 制樣更簡(jiǎn)單:對(duì)樣品的粗糙度寬容度高于AFM

● 剛度選擇更準(zhǔn)確:平行懸臂梁結(jié)構(gòu)有利于準(zhǔn)確判別壓痕深度與壓電陶瓷位移比例關(guān)系,便于選擇合適剛度探頭來(lái)保證彈性形變關(guān)系的穩(wěn)定性,進(jìn)而獲得重復(fù)率更高、準(zhǔn)確性更好的數(shù)據(jù)



內(nèi)置分析軟件

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● 借助功能強(qiáng)大而易于操作的軟件,用戶可以自由控制壓痕程序(載荷、位移等)。自動(dòng)處理曲線的流程,可以獲得數(shù)據(jù)和結(jié)果的快速分析


● 原始參數(shù)完整txt導(dǎo)出,便于后續(xù)復(fù)雜處理的需要


● 利用Hertz接觸模型從加載部分計(jì)算彈性模量,與常用的Oliver&Pharr方法相比,更為適合生物組織和軟物質(zhì)材料特性



視頻介紹


近期文獻(xiàn)



年  份期  刊題  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


























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