細胞黏附的基本概念

• 細胞黏附的定義和重要性：細胞黏附是指細胞與細胞或細胞與細胞外基質(zhì)（ECM）之間的相互作用，這一過程在細胞通訊、組織發(fā)育和維持中起著關(guān)鍵作用。細胞黏附影響細胞分化、細胞周期、細胞遷移和細胞存活等。

  圖1. 外部拉伸力作用下，焦點粘附部位激活的整合素和細胞外基質(zhì)-整合素-細胞骨架連接的示意圖。

  
  

• 細胞黏附的類型：根據(jù)細胞與基質(zhì)或細胞間的相互作用，細胞黏附可分為細胞-基質(zhì)黏附和細胞-細胞黏附。

  
  圖2. 細胞粘附附著事件的示意圖，用于(a)通過分子鍵的形成對單個細胞的研究；(b)通過靜態(tài)粘附（例如，洗滌試驗技術(shù)）對細胞群體的研究；以及(c)通過動態(tài)粘附（例如，微流控技術(shù)）對細胞群體的研究

• 黏附強度的變化：在多種疾病（如癌癥、關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松等）中，細胞黏附性質(zhì)會發(fā)生改變。例如，癌細胞的黏附性通常降低，這與其侵襲和轉(zhuǎn)移能力相關(guān)。

  
  

細胞黏附的研究方法

文章將細胞黏附的研究方法分為兩大類：細胞黏附附著事件和細胞黏附脫離事件。

細胞黏附附著事件

• 單細胞研究方法：

• 聚丙烯酰胺牽引力顯微鏡（PA-TFM）：通過嵌入熒光微珠的聚丙烯酰胺凝膠測量細胞產(chǎn)生的牽引力。

• 微圖案技術(shù)（Micropatterning）：利用微米級的三維微環(huán)境研究細胞對特定微環(huán)境線索的響應(yīng)。

• 三維牽引力量化（3D-TFM）：在三維基質(zhì)中研究細胞遷移和收縮行為。

• 群體細胞研究方法：

• 洗滌法（Wash Assay）：通過洗滌步驟后分析細胞的黏附情況。

• 共振頻率技術(shù)：利用石英晶體微量天平等設(shè)備實時監(jiān)測細胞黏附和擴展。

• 微流控技術(shù)：模擬體內(nèi)流體環(huán)境，研究細胞在動態(tài)條件下的黏附行為。

細胞黏附脫離事件

• 單細胞研究方法：

• 細胞脫離技術(shù)（Cytodetachment）：使用原子力顯微鏡（AFM）探針物理脫離單個細胞。

• 微管吸吮技術(shù)（Micropipette Aspiration）：通過施加負壓使細胞從基底脫離。

• 單細胞力譜技術(shù)（SCFS）：包括AFM探針、生物膜探針（BFP）和光鑷（Optical Tweezers）等，用于測量單個細胞的黏附強度。

• 群體細胞研究方法：

• 離心法（Centrifugation Assay）：通過離心力使細胞脫離基底。

• 旋轉(zhuǎn)圓盤技術(shù)（Spinning Disk）：利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力研究細胞黏附強度。

• 流動室技術(shù)（Flow Chamber）：包括徑向流動室和平行板流動室，通過流體剪切力使細胞脫離。

• 微流控技術(shù)：結(jié)合微流控設(shè)備研究群體細胞的黏附強度。

  
  圖3. 細胞粘附和脫落事件的示意圖，用于(a)通過分子鍵的破壞（例如SCFS、微吸管技術(shù)和光學(xué)鑷子技術(shù)）進行單細胞研究；(b)通過靜態(tài)粘附（例如離心技術(shù)）進行細胞群體研究；以及(c)通過動態(tài)粘附（例如旋轉(zhuǎn)盤、流室和微流控技術(shù)）進行細胞群體研究。

細胞黏附研究的應(yīng)用領(lǐng)域

• 生物材料研究：評估材料的生物相容性，開發(fā)用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)的支架材料。

• 藥物治療和癌癥研究：研究藥物對細胞黏附的影響，探索癌癥轉(zhuǎn)移的機制。

• 組織工程：開發(fā)“芯片上的組織"和“芯片上的器官"模型，用于生物醫(yī)學(xué)研究。

• 疾病診斷：通過分析細胞黏附性質(zhì)的變化，開發(fā)早期疾病診斷的生物標(biāo)志物。

  圖4. 黏附研究的重要性及其應(yīng)用的總結(jié)。

優(yōu)勢與局限性

文章總結(jié)了各種細胞黏附研究技術(shù)的優(yōu)勢和局限性。例如，單細胞方法能夠提供精確的測量結(jié)果，但通常需要昂貴的設(shè)備和熟練的操作人員；而群體細胞方法雖然能夠提供群體細胞的平均響應(yīng)，但無法揭示單個細胞的特性。

結(jié)論與未來方向

文章強調(diào)了細胞黏附研究的重要性，并指出未來的研究方向可能包括開發(fā)更簡單、低成本的技術(shù)，以及利用單細胞分析推動早期疾病診斷和治療的發(fā)展。