密度测量

用高吞吐量测量单细胞密度可以使免疫细胞的动态分析和患者样品的药物反应

用高吞吐量测量单细胞密度可以使免疫细胞和药物1的动态分析2 Weida Wu 1,2，Sarah H. Ishamuddin 1，Thomas W. Quinn 3,4 3,4，Smitha Yerrum 3,4，Smitha Yerum 3,4，Ye Zhang 1，Ye Ye Zhang 1，Ye Ye Ye Zhang 1，Yedie L. DeBaiz 5，3 pei-lun karie arie karie 3,4，du un kao 3,4,4,4,4,4 ,4，; Murakami 5 , Morvarid Mohseni 6 , Kin-Hoe Chow 3,4 , Teemu P. 4 Miettinen 1 , Keith L. Ligon 3,4,7,8,9,* , Scott R. Manalis 1,2,7,10,* 5 6 1 Koch Institute for Integrative Cancer Research, Massachusetts Institute of Technology, 500 Main St building 76, Cambridge, MA 02139, USA.7 2马萨诸塞州理工学院生物工程系，21 Ames ST＃56-651，剑桥，马萨诸塞州02139，美国。然而，现有的密度测量缺乏21个精度或吞吐量，无法量化细胞状态的细微差异，尤其是在主要样本中。22在这里，我们提出了一种方法，可以通过将荧光排除显微镜与悬浮的24个微通道谐振器进行整合，以0.03％（0.0003 g/ml）的精度为0.03％（0.0003 g/ml）的密度。将这种方法应用于人淋巴细胞时，我们发现细胞25密度及其变化随着细胞从静止状态过渡到增殖状态而降低，26表明分子拥挤的水平会降低，并在进入细胞周期时受到更高的调节。使用胰腺癌患者衍生的异种移植模型，我们发现原发性肿瘤细胞对药物治疗的EX 28体内密度反应可以预测体内肿瘤生长29反应。45 46测量细胞密度的主要挑战是获得高采样吞吐量以及高47精度。8 3患者衍生模型中心，达纳 - 法伯癌症研究所，美国马萨诸塞州波士顿伯灵顿大街21号，美国马萨诸塞州02215，美国9 4病理学系，达纳 - 法伯癌症研究所，哈佛大学450 Brookline Avenue，波士顿，波士顿，波士顿，马萨诸塞州马萨诸塞州02215 02215, USA 11 6 Oncology Discovery, Bristol-Myers Squibb, 250 Water St, Cambridge, MA 02141, USA 12 7 Broad Institute of Harvard and MIT, 415 Main St, Cambridge, MA 02142, USA 13 8 Department of Pathology, Brigham & Women's Hospital, Harvard Medical School, 75 Francis St, Boston, MA 02215, USA 14 9 Department of Pathology,波士顿儿童医院，哈佛医学院，马萨诸塞州波士顿朗伍德大街300号，美国马萨诸塞州02115，美国15 10 Massachusetts理工学院机械工程系，马萨诸塞州33 Massachusetts Ave，Masbridge，MA 02139，USA，美国16 17 *通讯作者Keith_ligon@dfci.harvard.eduuuse; srm@mit.edu 18 19细胞密度，细胞质量与体积的比率是分子拥挤的指标，因此是细胞态和功能的20个基本决定因素。我们的方法揭示了细胞状态过渡30期间分子拥挤的意外行为，并将密度作为功能精确药物的新生物标志物。31 32 33细胞密度取决于细胞的干质量组成和水的细胞体积的比例，34反映其分子拥挤水平。尽管细胞质量和体积在增殖的35个细胞中可能会变化高达50％，但细胞密度受到严格调节，以保持最佳的分子拥挤水平1,2,3。使用流线型的音量传感单元，可以实现63环境36提示，例如养分耗竭和渗透压变化会改变分子拥挤，37个通过改变扩散率和蛋白质构象1,4,5来影响细胞生物化学。38个拥挤水平和细胞生理学之间的耦合使细胞密度成为表征基本细胞39过程的关键，例如增殖，凋亡，代谢转移和分化1,3，指出了其潜在的40个生物标记物，用于细胞适应性和药物反应。对细菌和酵母41等单细胞生物的研究报告说，在42种增殖和休眠之间的细胞状态过渡过程中，分子拥挤水平显着变化，并且人们认为密度被认为急性地反映了这些过渡5-8。在原发性哺乳动物细胞中是否存在密度和增殖之间的这种43连接尚不清楚，部分原因是44归因于现有密度测量方法的局限性。传统的梯度离心方法在人口水平上评估细胞密度，但速度为48，需要大量样本量，这限制了它们用于研究瞬态生物学过程的使用。单49个细胞测量结果揭示了人群内细胞密度的异质性，从而深入了解了密度50调节。磁悬浮方法通过平衡细胞的重力来确定单细胞的密度，而51浮力培养基9,10施加的浮力。方法检测干质密度（总数超过52体积的干质量），例如定量相显微镜（QPM）或与细胞体积53测量相结合的拉曼成像，提供替代密度测量值11,12,13,14,15,16。尽管这些方法提供了54个亚细胞分辨率和单细胞跟踪，但在测量细胞密度时，迄今为止使用哺乳动物细胞发表的实验含有55米至数百个单细胞。悬浮的微通道谐振器（SMR）56是一种微流体质量传感器，已用于通过测量两种类型的流体中的57个细胞的57个质量来测量单细胞密度，具有不同的密度为17,18-20。但是，这种方法的吞吐量为58限制为每个实验几百个单元，因为它要求细胞在两种类型的59种流体中进行顺序测量。60 61 SMR和QPM设备已经达到了每62个实验21-23的数十万个单元的吞吐量。