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应用技术所基于微流控芯片技术在细胞趋化性和记忆效应研究中取得新进展

作者:作者:文/杨柯 朱灿灿 图/杨柯   发布时间:2017-04-24   来源:光电子中心

近期,应用技术所刘勇研究员课题组与加拿大曼尼托巴大学Francis Lin教授课题组合作,基于微流控芯片技术在细胞趋化性和记忆效应研究中取得新进展,相关成果以封底文章形式发表在Integrative Biology 杂志上(2017, DOI:10.1039/C7IB00037E)。

细胞趋化性指细胞朝向特定化学浓度梯度所发生的定向迁移运动。以往研究结果已经详细阐述了中性粒细胞如何响应化学浓度梯度,并采用bias-random-walk理论模拟了中性粒细胞趋化性运动,但因受到细胞高度持久迁移性质的影响,而尚未完成实验验证。另一个在细胞迁移领域一直备受关注的问题是细胞趋化性记忆效应及其潜在机制。依托具备细胞预校准和多区域梯度配置功能的微流控芯片可以同时完成细胞bias-random-walk运动和趋化性记忆效应实验研究,课题组开发了双薄壁障碍微流控芯片(Double docking chipD2-Chip)用于该项研究。

D2-ChipS型微通道结构,检测区域和通道下游结构组成(图1A)。采用多物理场仿真软件模拟了D2-Chip中的梯度分布(图1A),建模结果显示中间梯度通道和薄壁障碍结构中存在两种斜率不同的线性浓度梯度(图1B)。注入细胞之后,中间梯度通道与Source/Sink Channel之间的压力差将推动细胞运动到中间梯度通道两侧,细胞排列于中间梯度通道两侧使其具有相同的初始位置,这种独特的设计有利于观察细胞随着时间变化的运动情况。实验结果表明,随着时间的推移,细胞对化学吸引梯度的依赖性降低,而随时间累积的统计学变化将导致细胞的同步性降低(图1C),这与计算机仿真结果相一致。在同一组实验中,我们还同时完成了中性粒细胞记忆效应实验研究,结果表明细胞在穿过薄壁障碍结构后会在无梯度环境中继续运动一段距离(图1C)。

近年来,光电子中心生物医学光学研究团队面向健康行业需求,开展了基于微流控芯片的核酸、蛋白质和细胞检测新方法研究,研发了用于基因检测、细胞迁移研究的系列微流控芯片和检测装置;同时,与国内外多个研究团队合作,面向POCT应用,正在开展基于微流控芯片和智能手机的生物标志物检测新技术研究。

文章链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ib/c7ib00037e#!divAbstract

 

 (A)模拟微流控芯片梯度场;(B)微流控芯片浓度梯度分布;(C))微流控芯片荧光梯度检测图像;

 

         封底报道:D2-Chip中同时完成bias-random-walk运动和趋化性记忆效应实验研究