布朗大学的研究人员及其合作者开发了一种测量细胞特性的新方法——他们表示，这是一个重要进展，因为准确测量细胞弹性变化可用于更好地理解疾病、诊断患者症状并提供更准确的预后。
例如，肿瘤中的癌细胞通常在变得更具危险性和可能扩散时会变软，而疟疾和镰状细胞病等血液疾病会导致红细胞变硬。细胞水平的机械变化也见于神经退行性疾病、心血管疾病和慢性炎症疾病。
正如《芯片实验室》(Lab on a Chip)杂志上一项研究所述，研究人员开发了他们称为"机械表型细胞计"(mechanophenotyping cytometer)的设备——一种旨在测量细胞物理大小和柔软度(即其机械表型)的微流体装置。
该研究的主要作者Graylen Chickering表示，机械表型是一种未被充分利用的工具。Chickering是布朗大学副教授Eric Darling实验室的生物医学工程博士候选人。这主要是因为测量技术落后于其他分析细胞特性的方法。
Chickering解释说，测量细胞柔软度或硬度的黄金标准是原子力显微镜，这需要将细胞附着在表面上，并用微小的压头逐一测试。
"这种方法基本上是通过'戳'细胞来工作的。想象一下看一个水球，如果你在水球边缘而不是中心戳，感觉可能会不同。'戳'细胞也比较慢，使得在合理时间内研究大量细胞变得困难。"布朗大学生物医学工程博士候选人Graylen Chickering表示。
在开发新技术时，科学家们转而关注一个称为"飞行时间"(time-of-flight)的测量，即细胞通过微小液体填充通道所需的时间。
"细胞本质上是从一个检测点移动到另一个检测点，我们从每个检测点获取时间戳以确定飞行时间，"Chickering说。
研究人员使用细胞计(cytometer)现有的荧光信号(细胞计是一种用于计数和测量细胞的装置)来确定细胞大小，然后使用飞行时间来确定细胞硬度。较软的细胞向通道中心移动(此处流体移动最快)，而较硬的细胞则停留在流体移动较慢的边缘。
Chickering表示，与原子力显微镜相比(后者允许经验丰富的科学家每30秒左右测量一个细胞)，她能够使用新方法每秒查看60到100个细胞，甚至可能达到每秒数百或数千个细胞。
"Graylen产生的数据显示，不同硬度和不同大小的细胞颗粒具有不同的相关飞行时间，这与理论上我们期望的一致，这是概念验证，"研究作者Darling说，他是布朗大学医学科学、工程和骨科的副教授。"与以前的方法相比，该方法非常干净且可重复，以前的方法可能会因使用方式不同而导致不同的测量结果。"
这些发现是布朗大学生物、工程和医学研究所(Institute for Biology, Engineering and Medicine)研究人员与马里兰州国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology, NIST)团队多年合作的结果。Darling表示，布朗大学贡献了理想的实验用合成类细胞颗粒，而NIST科学家则为细胞计设备创建了基础设计。
"我们为合作带来了我们的聚合物细胞模拟物(polymer cell mimics)，它们作为特定大小和硬度的校准颗粒，绘制出这些特性如何影响设备记录的不同指标，"Darling说。"NIST细胞计具有多个测量区域的独特功能，为流经它的每个颗粒提供误差量化。这使我们能够显示测量中存在的变异性——无论是生物的还是技术的。"
未来的工作将使用这种机械表型细胞计来研究来自布朗大学临床合作伙伴提供的人类血液和组织样本的细胞机械特性。
"我们预计会看到健康个体和患有某些类型疾病(如癌症)的个体之间的差异，"Darling说。"最终的希望是，此类设备能够与现有方法一起帮助进行诊断或预后。"
该研究由美国国家科学基金会(资助号CMMI 2054193)和美国国家标准与技术研究院提供资金支持。
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