zenCELL owl活細胞成像系統(tǒng)助力神經(jīng)細胞-微纖維相互作用研究

在生物醫(yī)學研究領(lǐng)域，構(gòu)建精確的 3D 細胞培養(yǎng)模型極具挑戰(zhàn)，模擬如大腦、脊髓等超軟組織則更加困難。傳統(tǒng)的水凝膠符合這類組織的部分特性，但機械強度較弱，無法滿足實驗需求。已有研究使用Melt Electrowritten（MEW）支架進行3D 構(gòu)建，卻依然存在結(jié)構(gòu)與水凝膠交織、實驗操作不便、限制神經(jīng)元調(diào)整纖維排列，以及無法同時進行細胞和支架的生物打印等問題。為解決這些難題，將PCL 微纖維或納米纖維增強材料摻入生物墨水中，用于改善生物墨水的可打印性，提高水凝膠的機械完整性，還可以支持細胞黏附、分化和增殖。因此研究不同微纖維與神經(jīng)元細胞的相互作用，成為探索微纖維材料最適合神經(jīng)元模型的關(guān)鍵。

德國維爾茨堡大學醫(yī)院臨床神經(jīng)生物學研究所的科研團隊對此問題進行了深入研究，聚焦于不同微纖維的形態(tài)和力學特性，及其與神經(jīng)細胞之間的相互作用。通過精確控制微纖維的尺寸、形態(tài)、力學特性和表面化學性質(zhì)，分析這些因素對神經(jīng)細胞行為的影響。相關(guān)研究成果以“Impact of Polymorphic Microfibers for Establishment of Neuronal Model”為題發(fā)表于《Nnao Select》雜志上。
 

 

在本文中，innoME公司的zenCELL owl活細胞動態(tài)成像及分析系統(tǒng)，實時監(jiān)測和記錄微纖維與NSC-34細胞的相互作用過程，并對圖片和視頻數(shù)據(jù)進行分析處理，得到定性和定量結(jié)果。NSC-34細胞是一種具有運動神經(jīng)元特性的細胞系，由富含運動神經(jīng)元的胚胎小鼠脊髓細胞與小鼠神經(jīng)母細胞瘤 N18TG2 融合而成，作為研究運動神經(jīng)元生物學的重要模型，常被用于研究脊髓的神經(jīng)退行性疾病。該細胞包含兩種細胞群體：圓形、未成熟、幾乎沒有突起的細胞，以及經(jīng)歷分化、長突起的細胞，類似成熟的運動神經(jīng)元細胞。將zenCELL owl 置于在37°C、5% CO₂的培養(yǎng)箱內(nèi)對細胞進行動態(tài)監(jiān)測，以每5分鐘一次的高頻次獲取圖像，并生成長時間的動態(tài)視頻，清晰展示了細胞與微纖維之間的動態(tài)互動過程。

研究發(fā)現(xiàn)，不同微纖維引發(fā)的細胞行為差異明顯，而細胞對不同形狀、表面涂層和機械性能的微纖維反應也不同。PCL Db + 微纖維會被細胞收集、攜帶或拖動，其細胞 - 微纖維組合的移動距離比未接觸細胞的微纖維長約 25 倍（圖1A）；PCL Rd + 微纖維主要被細胞在邊緣接近，然后翻轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動，接觸細胞的微纖維約每 10 幀就有一次旋轉(zhuǎn)運動，而未接觸細胞的微纖維在超 500 幀中僅有三次較大方向變化（圖1B）；Coll Rd 微纖維會使細胞聚集，隨著時間推移，細胞簇數(shù)量減少，但覆蓋總面積增加（圖1C）。

圖1 NSC - 34 細胞與不同類型微纖維之間的相互作用行為，第一行是通過BioRender.com創(chuàng)建的細胞行為示意圖，第二行是zenCell Owl的監(jiān)測圖片，第三行是分析的軌跡圖 Tracks 1 – 4（左下）和量化分析圖（右下）。其中， PCL Db+表示涂有膠原蛋白 I 的 PCL 啞鈴形微纖維，PCL Rd+表示涂有膠原蛋白 I 的 PCL 桿形微纖維，Coll Rd表示純膠原蛋白 I 桿形微纖維

研究團隊還使用 Matrigel 水凝膠作為細胞外基質(zhì)，對NSC-34 細胞與不同微纖維的相互作用進行了3D培養(yǎng)驗證，并觀察到與2D培養(yǎng)中類似的 NSC-34 細胞行為（圖 2A–C）。

圖2 NSC-34 細胞在 Matrigel水凝膠中與不同微纖維相互作用的動態(tài)過程，細胞與纖維相互接觸，并進一步形成細胞簇（紅色箭頭）

細胞與微纖維的相互作用受微纖維特性影響顯著，主要由微纖維的表面化學性質(zhì)、力學特性和形狀所決定，為開發(fā)更精確的三維神經(jīng)細胞培養(yǎng)模型提供了重要的理論依據(jù)。通過選擇合適的微纖維特性，可以更好地模擬神經(jīng)細胞在體內(nèi)的生長環(huán)境，從而為神經(jīng)科學的研究和神經(jīng)退行性疾病的治療提供新的思路和方法。而zenCELL owl在這一研究中的成功應用，也充分展示了其在細胞行為觀察和研究中的強大功能和潛力。

德國innoME公司研發(fā)的zenCELL owl活細胞動態(tài)成像及分析系統(tǒng)，提供了一種創(chuàng)新的解決方案。該系統(tǒng)基于非標記、非侵入的方法，能夠在細胞培養(yǎng)箱內(nèi)長時間連續(xù)工作，通過24個顯微成像鏡頭對24個視野進行連續(xù)的動態(tài)監(jiān)測和圖像獲取，為用戶提供高質(zhì)量圖像、視頻、統(tǒng)計學曲線和定量數(shù)據(jù)。

環(huán)亞生物，生命科學產(chǎn)品全國性代理商，不斷把國外頂級的創(chuàng)新產(chǎn)品引入中國。環(huán)亞生物具備完善的公司運營、產(chǎn)品管理、營銷、售前技術(shù)支持和售后維修體系。環(huán)亞生物作為zenCELL owl產(chǎn)品大中華區(qū)獨家代理商，負責zenCELL owl產(chǎn)品大中華區(qū)的營銷和售后支持。

文獻原文閱讀：
https://doi.org/10.1002/nano.202400122

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