生物纳米压痕仪测试细胞力学特性作为新的肿瘤标志物

癌症是全球主要死亡原因之一，其是由正常细胞转变为恶性细胞而产生的。这些变化是遗传倾向和环境因素（致癌物）之间相互作用的结果。最常见的癌症治疗方法是单独或联合手术、放疗和化疗。具体的治疗方法取决于癌症的类型、疾病的严重程度、进展速度、患者的健康状况以及对治疗的反应。

先进的机械表征工具可以加深对癌细胞形态和力学及其在发育、生理学和疾病中的作用的理解。

细胞硬度、细胞外基质(EMC)和微环境机械特性的变化会影响癌症的进展。虽然癌细胞通常比健康细胞软，但由于与纤维化相关的基质硬化，肿瘤往往比周围组织更硬。此外，ECM重塑导致肿瘤微环境发生变化，导致转移性播散。ECM重塑可能会改变细胞行为，例如基质几何形状和刚性的识别、细胞骨架重组、细胞极化、运动和增殖。从这个意义上说，Optics11 Life生物纳米压痕仪成为癌症新治疗方法的强大方法。该设备可以识别正常细胞和恶性细胞之间的机械差异并预测癌症进展，将这些方法转化为临床和治疗干预措施可以实现新的癌症治疗。

来自利爱尔兰利莫瑞克大学(University of Limerick)的Kieran McGourty和David Newport团队，研究了细胞骨架损伤对细胞惯性位置的影响。使用细胞松弛素处理两种代表性癌细胞系，使用粒子条纹成像研究它们的惯性位置，并在良性和转移性细胞系之间进行比较。为了确定和量化细胞中这种迁移的物理变化，使用染色和纳米压痕技术来确定细胞的大小、圆形度和弹性模量。结果发现，暴露于松弛素会导致细胞弹性模量下降，但大小或形状没有变化。这导致良性、较硬的癌细胞比转移性、可变形的癌细胞更均匀地分布在通道宽度上。此外，两种细胞系弹性模量的降低导致向通道中心的迁移增加。这些结果表明，弹性模量在此类细胞的惯性迁移中所起的作用可能比以前认为的更大。

使用Chiaro纳米压痕仪测量细胞弹性模量，半径为8.0 μm的球形探针，悬臂弹簧常数为0.031 N/m。将样品载玻片安装在倒置显微镜上，以便将探针聚焦在细胞中心。每种实验条件使用三个不同传代数的培养皿，随机选择30-40个细胞，室温下在每个培养皿中测试。将探针放置在每个细胞的中心上，以确保最大的接触表面。

先前已经表明，在癌细胞和非癌细胞中，中心和外周纳米压痕位置之间没有统计学差异。细胞以1 μm/s的加载速度下压6 μm，持续时间为1 s。未能满足0.008 μN最小载荷的压痕被排除在外，因为这些细胞有可能无法正确固定到皿的底部。

从最大载荷的初始22%开始分析力-压痕曲线。数据采集后，使用D'Agostino-Pearson正态性检验来检查，并使用ROUT方法识别异常值，并将其从最终数据集中排除。数据以“平均值±标准差"表示。使用方差分析进行统计分析，并使用两个样本的不相等方差来计算组之间的P值。

相关研究结果在《Biophysical Journal》杂志上以题目"The influence of cell elastic modulus on inertial positions in Poiseuille microflows"的文章发表。

doi: 10.1016/j.bpj.2021.01.026