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阻抗流式細(xì)胞儀的應(yīng)用:區(qū)分存活和凋亡中國倉鼠卵巢(CHO)細(xì)胞

瀏覽次數(shù):1006 發(fā)布日期:2023-10-17  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
測量生物細(xì)胞隨頻率變化的電阻抗,即電阻抗譜(EIS),在區(qū)分不同類型或不同狀態(tài)的細(xì)胞方面顯示出巨大的潛力。這種非標(biāo)記和非侵入性技術(shù)可與微流控技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)快速的單細(xì)胞分析。EIS結(jié)合微流控技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例包括分析白細(xì)胞亞群、區(qū)分病變紅細(xì)胞與健康紅細(xì)胞以及干細(xì)胞分化研究。本研究利用Ampha Z32 阻抗流式細(xì)胞儀(Amphasys,瑞士)在 0.3 至 30 MHz 頻率范圍內(nèi)測量了中國倉鼠卵巢 CHO 細(xì)胞在營養(yǎng)缺乏條件下逐漸凋亡時阻抗振幅和相位的變化。然后采用了CHO 細(xì)胞雙殼模型和靈敏度分析,確定了最佳測量頻率和外部介質(zhì)電導(dǎo)率,從而成功區(qū)分存活和凋亡的 CHO 細(xì)胞。
 
圖1B 阻抗流式細(xì)胞儀(Ampha Z32,Amphasys AG)信號的采集和轉(zhuǎn)導(dǎo)
A)細(xì)胞在不同頻率的交流電場中的檢測結(jié)果,低頻下反映細(xì)胞的體積特性,高頻下反映細(xì)胞膜的介電特性即細(xì)胞活性;B) 微流控芯片;C)流經(jīng)交流電場的細(xì)胞的阻抗信號(藍(lán)色實(shí)部即電阻信號,綠色虛部即容性電抗信號),細(xì)胞膜完整性決定容性電抗的大小,故可通過虛部信號來區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞,最終以阻抗相位角-振幅散點(diǎn)圖反映出來

當(dāng)單個細(xì)胞流經(jīng)微流控芯片的兩組平行電極時,阻抗流式細(xì)胞儀將測量微流體通道中單細(xì)胞的多頻阻抗。電場中活細(xì)胞的等效電路由電阻(細(xì)胞質(zhì))和電容(細(xì)胞膜)組成,在笛卡爾坐標(biāo)系中,阻抗Z(ω)可以描述為實(shí)部分Zr(ω)或電阻與虛部分Zi(ω)或容性電抗的矢量和。


相位角(θ)描述電阻和電抗之間的關(guān)系:
 

阻抗指數(shù)即振幅表示為:


在β-色散頻率區(qū)域,假設(shè)細(xì)胞體積與電極測量體積相比較小(體積分?jǐn)?shù)較小),測量的差分阻抗(以一組電極為參考)與細(xì)胞的復(fù)介電常數(shù)圖片有關(guān),如下所示:


:外部介質(zhì)的復(fù)介電常數(shù);ε :角頻率;φ:體積分?jǐn)?shù);KCM:克勞修斯-莫索提系數(shù);K:電極常數(shù);ε ̃_cell:單殼或雙殼模型介電常數(shù)(與細(xì)胞特性相關(guān))。

本次研究在較高頻率下測得的阻抗顯示,在0時有一個存活細(xì)胞群,而在營養(yǎng)缺乏 48 小時后,存活細(xì)胞和凋亡細(xì)胞有兩個不同的細(xì)胞群。這一結(jié)果與介電泳測量技術(shù)的測量結(jié)果一致。而與介電泳相比,EIS 的優(yōu)勢在于可同時進(jìn)行多頻率測量,從而提供更廣泛的細(xì)胞生理狀態(tài)信息。該方法可廣泛用于生物制藥行業(yè),對生物過程進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測
 
— 原文閱讀 —
Salimi E, Bergin A, Thomson D, et al. Radio Frequency Electrical Impedance Spectroscopy of Chinese Hamster Ovary Cells[J].


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