單細(xì)胞檢測(cè)的得力助手!
高通量 多參數(shù) 非標(biāo)記 實(shí)時(shí)無(wú)損檢測(cè)!
多參數(shù):可獲取細(xì)胞活力、數(shù)量、濃度等信息,并追蹤細(xì)胞分化、衰老、凋亡及癌變等生理狀態(tài)
通用性:適用于1-50μm內(nèi)所有類型的單細(xì)胞 (人體、動(dòng)/植物細(xì)胞、細(xì)菌、酵母、孢子、藻類、體細(xì)胞等)
高效性:實(shí)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)損檢測(cè)、幾分鐘內(nèi)獲得結(jié)果,通量高、重復(fù)性高、精確度高
易用性:無(wú)需染色、標(biāo)記或細(xì)胞再培養(yǎng),操作簡(jiǎn)單易上手
靈活性:可根據(jù)細(xì)胞類型、研究目標(biāo)自定義測(cè)量和分析協(xié)議
Ampha X30實(shí)時(shí)微流控阻抗流式細(xì)胞儀 開創(chuàng)了單細(xì)胞分析的新紀(jì)元,通過(guò)整合微流控技術(shù)、電阻抗技術(shù)與流式細(xì)胞術(shù),能夠在微流體精準(zhǔn)參考條件下,實(shí)現(xiàn)流動(dòng)態(tài)單細(xì)胞的高通量、連續(xù)、無(wú)損阻抗檢測(cè),實(shí)時(shí)獲得細(xì)胞活力、數(shù)量、濃度等信息,并追蹤細(xì)胞分化、衰老、凋亡及癌變等生理狀態(tài)。與常規(guī)細(xì)胞分析儀相比,Ampha X30實(shí)時(shí)微流控阻抗流式細(xì)胞分析儀具有非標(biāo)記、多參數(shù)、低污染、檢測(cè)速度快、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等顯著優(yōu)勢(shì),是生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)等領(lǐng)域中不可或缺的強(qiáng)有力工具。
工作原理:
基于細(xì)胞膜的電特性(膜電容和膜電阻),當(dāng)不同大小和活性的細(xì)胞隨懸浮液流經(jīng)廣頻(0-30 MHz)交流電場(chǎng)時(shí)將產(chǎn)生不同的電阻抗信號(hào),經(jīng)解析獲得細(xì)胞的濃度、數(shù)量、活性及大小等信息。如下圖所示:A)細(xì)胞在不同頻率的交流電場(chǎng)中的檢測(cè)結(jié)果:低頻電場(chǎng)反映細(xì)胞的體積特性即電直徑,高頻電場(chǎng)反映細(xì)胞的介電特性即細(xì)胞活性;B) 微流控芯片;C)細(xì)胞電阻抗信號(hào)(藍(lán)色實(shí)部即電阻信號(hào),綠色虛部即容性電抗信號(hào)),細(xì)胞膜完整性決定容性電抗的大小,故可通過(guò)虛部信號(hào)來(lái)區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞,最終以阻抗相位角-振幅散點(diǎn)圖反映出來(lái)。
Ampha X30信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)導(dǎo)
應(yīng)用領(lǐng)域:
細(xì)胞發(fā)育研究:細(xì)胞分化、衰老、凋亡及癌變等生理狀態(tài)
微生物發(fā)酵:酒精飲品的釀造、生物燃料的生產(chǎn)、奶酪/酸奶的生產(chǎn)、青霉素/疫苗等藥物的生產(chǎn)
生物醫(yī)學(xué):腫瘤診斷、腫瘤機(jī)制研究、細(xì)胞信號(hào)調(diào)控、細(xì)胞免疫、臨床即時(shí)診斷
藥物/毒理分析:毒性/藥性應(yīng)激反應(yīng)、藥篩/藥物降解、病毒滴定、材料安全檢測(cè)
混濁、不透明或自發(fā)熒光介質(zhì):牛奶/其他食品基質(zhì)、乳狀液、金屬工作液、自發(fā)熒光介質(zhì)(如微藻)等
高精確度:
圖1. 酵母活性(Ampha X30與PI熒光染色法) | 圖2. BL2細(xì)胞濃度(Ampha X30與Neubauer血球計(jì)數(shù)板) |
圖3. 感染桿狀病毒(BV)后Sf9昆蟲細(xì)胞的變化(Ampha X30與Countess?自動(dòng)細(xì)胞計(jì)數(shù)儀) |
應(yīng)用案例分享:
微生物發(fā)酵在線監(jiān)測(cè)
微生物發(fā)酵過(guò)程中,菌種的生產(chǎn)性能、培養(yǎng)基的配比、原料的質(zhì)量、滅菌條件、發(fā)酵條件等均影響著發(fā)酵結(jié)果的好壞。在此過(guò)程中,密切關(guān)注酵母活力和酵母密度是控制和改進(jìn)發(fā)酵過(guò)程的關(guān)鍵。
微生物發(fā)酵過(guò)程中,利用Ampha X30在線監(jiān)測(cè)酵母細(xì)胞濃度和活力隨時(shí)間的變化(圖1,細(xì)胞濃度-灰色,細(xì)胞活力-藍(lán)色),能夠間接反映出反應(yīng)器中發(fā)酵條件的變化,結(jié)果表明酵母細(xì)胞的總體密度隨發(fā)酵時(shí)間持續(xù)增長(zhǎng),但細(xì)胞活性卻先逐漸降低后又逐漸升高,其中發(fā)酵后的第11個(gè)小時(shí)活性最低(圖2)。Ampha X30對(duì)發(fā)酵過(guò)程的監(jiān)測(cè)不僅顯示出滯后階段和早期對(duì)數(shù)階段,而且揭示了酵母細(xì)胞在進(jìn)入指數(shù)增長(zhǎng)對(duì)數(shù)階段之前的活力損失。
釀酒酵母活性檢測(cè)
啤酒釀造過(guò)程中酵母菌種、酵母接種量、酵母使用代數(shù)、發(fā)酵工藝條件等都會(huì)影響啤酒的風(fēng)味。Ampha X30能夠在啤酒釀造生產(chǎn)過(guò)程,高通量、快速、精準(zhǔn)監(jiān)控啤酒酵母細(xì)胞的活力、濃度、代謝、繁殖和健康狀態(tài),實(shí)時(shí)評(píng)估溫度、滲透壓、培養(yǎng)條件等因素對(duì)酵母菌的影響,進(jìn)而及時(shí)優(yōu)化發(fā)酵工藝。
啤酒釀造過(guò)程中酵母菌密度、活性及酒精濃度的變化
該案例分析了啤酒釀造過(guò)程中,啤酒酵母菌密度、活性及酒精濃度的變化。如圖所示發(fā)酵1天后 (紅),酵母細(xì)胞從滯后期進(jìn)入早期指數(shù)(對(duì)數(shù))期;第1-2天為發(fā)生細(xì)胞顯著增殖的指數(shù)生長(zhǎng)期 (綠);第3天,由于細(xì)胞的劇烈增殖和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的耗盡,高相位酵母群逐漸向低相位移動(dòng)(紅-綠-藍(lán),活力逐漸降低)。該過(guò)程反映了發(fā)酵罐中酵母活性及發(fā)酵條件的變化,即發(fā)酵初期酵母細(xì)胞濃度低、活力低且發(fā)酵罐中存在大量氧氣,當(dāng)發(fā)酵罐中的氧氣全部消耗完后,酵母細(xì)胞轉(zhuǎn)入?yún)捬醢l(fā)酵產(chǎn)生乙醇,乙醇濃度迅速增加并逐漸對(duì)酵母細(xì)胞產(chǎn)生毒性,導(dǎo)致酵母細(xì)胞活性降低。
腫瘤細(xì)胞凋亡進(jìn)程
A Fresh Culture | B Old Culture |
不同培養(yǎng)時(shí)期BL2細(xì)胞的阻抗相位和細(xì)胞活力的變化 |
Staurosporine誘導(dǎo)下BL2細(xì)胞的凋亡過(guò)程 |
腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)是研究癌變機(jī)理、抗癌藥檢測(cè)、癌分子生物學(xué)極其重要的手段,監(jiān)測(cè)藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的影響對(duì)闡明和解決癌癥將起著不可估量的作用。該案例研究了Staurosporine對(duì)BL2淋巴瘤細(xì)胞的影響。從圖中可以看出,在Staurosporine處理1小時(shí)后,BL2細(xì)胞活性(藍(lán))顯著下降,而對(duì)照組(黑)BL2細(xì)胞在10小時(shí)內(nèi)始終保持高活性,之后才逐漸下降。Ampha X30實(shí)時(shí)微流控阻抗流式細(xì)胞儀無(wú)需進(jìn)行細(xì)胞的染色、標(biāo)記或培養(yǎng),可在腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中隨時(shí)檢測(cè)腫瘤細(xì)胞生理特性的變化,準(zhǔn)確評(píng)估腫瘤細(xì)胞對(duì)凋亡誘導(dǎo)劑、細(xì)胞毒劑的劑量反應(yīng)或分化、凋亡進(jìn)程。
CHO細(xì)胞發(fā)育變化
人體和動(dòng)物細(xì)胞,特別是哺乳動(dòng)物細(xì)胞,在藥物研究、藥效表達(dá)、臨床診斷等應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。哺乳動(dòng)物細(xì)胞常被用于生產(chǎn)抗體、蛋白質(zhì)、疫苗、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞(CHO)是目前全球研究較多的一種表達(dá)系統(tǒng),在生物制藥領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。
本案例利用Ampha X30監(jiān)測(cè)了CHO細(xì)胞在三周內(nèi)的發(fā)育變化,上圖為第4天(藍(lán)色)、9天(紅色)和19天(綠色)的CHO細(xì)胞相位角-振幅散點(diǎn)疊加圖,散點(diǎn)圖左下方的小群體代表死亡細(xì)胞,而右側(cè)的大群體代表活性細(xì)胞,從疊加圖中可以看到CHO細(xì)胞活性在前9天里并未發(fā)生變化,而在第19天,散點(diǎn)圖顯著向較低相位角偏移,這表明由于缺乏底物CHO細(xì)胞逐漸失去活性。
Sf9昆蟲細(xì)胞BV感染后活性變化
基于昆蟲桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),目前已被廣泛應(yīng)用于藥物研發(fā)、疫苗生產(chǎn)、重組病毒殺蟲劑等眾多領(lǐng)域。Ampha X30實(shí)時(shí)微流控阻抗流式細(xì)胞分析儀可幫助在昆蟲細(xì)胞BV感染過(guò)程中檢測(cè)細(xì)胞活力變化、確定多重性感染(MOI)范圍、篩選理想的表達(dá)條件并預(yù)測(cè)BV昆蟲細(xì)胞系統(tǒng)中收獲胞內(nèi)蛋白的最佳時(shí)間。
感染桿狀病毒(BV)數(shù)小時(shí)內(nèi)Sf9昆蟲細(xì)胞活性的變化
如案例所示,Sf9昆蟲細(xì)胞在感染BV后的數(shù)小時(shí)(hpi)內(nèi),Ampha X30細(xì)胞分析儀所獲得的相位-振幅散點(diǎn)圖可明顯分離出三個(gè)細(xì)胞類群,分為是活細(xì)胞(viable)、感染晚期(LPI)和死細(xì)胞(dead)類群。感染48hpi后,活細(xì)胞的阻抗振幅降低(細(xì)胞萎縮)且數(shù)量逐漸減少,直至99hpi細(xì)胞全部死亡。感染晚期(LPI)細(xì)胞類群出現(xiàn)在較低相位,這部分細(xì)胞在0-60hpi逐漸增加隨后減少直至消失。
腫瘤藥物藥效評(píng)估
腫瘤患者來(lái)源的異種移植(PDX)是進(jìn)行化療藥物敏感性和毒性評(píng)估的有效手段,對(duì)預(yù)測(cè)化療療效十分重要。在藥物處理下分泌到培養(yǎng)基中的亞細(xì)胞凋亡小體(ABs)和微泡(MVs),可作為藥物敏感性的標(biāo)志物。目前,實(shí)體瘤的體外藥物敏感性評(píng)估主要通過(guò):一、對(duì)貼壁細(xì)胞進(jìn)行顯微鏡鏡檢分析ABs細(xì)胞的數(shù)量和形狀;二、流式細(xì)胞儀測(cè)量統(tǒng)計(jì)凋亡條件下ABs和細(xì)胞的數(shù)量,并根據(jù)熒光染色結(jié)果鑒定細(xì)胞大小并進(jìn)行分類。然而由于ABs復(fù)雜多樣,很難確定每種AB型的適配熒光染料并預(yù)估ABs對(duì)不同染料滲透動(dòng)力學(xué)的依賴性,因此利用流式細(xì)胞儀量化細(xì)胞分解過(guò)程存在極大的挑戰(zhàn)。
不同濃度的吉西他濱誘導(dǎo)下PDAC細(xì)胞系的凋亡變化(顯微鏡鏡檢vs. 流式細(xì)胞術(shù)vs. Ampha Z32)
該研究通過(guò)不同方法評(píng)估了不同藥物濃度下PDAC細(xì)胞系的凋亡變化,結(jié)果表明實(shí)時(shí)微流控阻抗流式細(xì)胞儀可在不同的腫瘤微環(huán)境模型和藥物類型下高通量、非標(biāo)記、快速無(wú)損檢測(cè)ABs表型并追蹤細(xì)胞凋亡過(guò)程,進(jìn)而準(zhǔn)確評(píng)估藥物敏感性和毒性,是一個(gè)測(cè)量單細(xì)胞電生理學(xué)特性的有效工具,不僅免除了費(fèi)力耗力的細(xì)胞收集和染色標(biāo)記過(guò)程,還可避免因染色不當(dāng)所造成的細(xì)胞凋亡。
納米材料毒性評(píng)估
納米材料廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、日用品、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域的同時(shí),已不可避免的給我們的環(huán)境和健康帶來(lái)不利影響。因此,為確保納米材料的安全性,促進(jìn)納米技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)行納米材料毒性評(píng)估十分必要且緊迫。Ampha X30實(shí)時(shí)微流控阻抗流式細(xì)胞儀可以非標(biāo)記、高通量、快速評(píng)估納米材料的毒性,避免假陰性或假陽(yáng)性的檢測(cè)結(jié)果,是一種可靠且經(jīng)濟(jì)高效的檢測(cè)方法。
U937細(xì)胞對(duì)NM-300K(Ag,100μg/ mL)的急性毒性效應(yīng)
微藻培養(yǎng)生產(chǎn)脂肪酸
微藻培養(yǎng)生產(chǎn)脂肪酸是一個(gè)復(fù)雜但有前景的生物技術(shù)過(guò)程。與其他類型的細(xì)胞相比,微藻細(xì)胞體積較小且具有自發(fā)熒光,傳統(tǒng)光學(xué)分析方法難度極大。Ampha X30實(shí)時(shí)微流控阻抗流式細(xì)胞儀基于細(xì)胞本身的電特性,不受自身熒光或細(xì)胞大小的影響,可以有效監(jiān)測(cè)生物反應(yīng)器中脂肪酸的過(guò)生產(chǎn)過(guò)程,幫助篩選合適的微藻種類、優(yōu)化培養(yǎng)條件(如光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度等)以實(shí)現(xiàn)高效、可持續(xù)的脂肪酸生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn):
1. Vembadi A, Menachery A, Qasaimeh M A. Cell cytometry: Review and perspective on biotechnological advances[J]. Frontiers in bioengineering and biotechnology, 2019, 7: 147.
2. Opitz C, Schade G, Kaufmann S, et al. Rapid determination of general cell status, cell viability, and optimal harvest time in eukaryotic cell cultures by impedance flow cytometry[J]. Applied microbiology and biotechnology, 2019, 103: 8619-8629.
3. Ostermann M, Sauter A, Xue Y, et al. Label-Free Impedance Flow Cytometry for Nanotoxicity Screening. Sci. Rep. 2020, 10, 142[J].
4. Tadini-Buoninsegni F, Palchetti I. Label-free bioelectrochemical methods for evaluation of anticancer drug effects at a molecular level[J]. Sensors, 2020, 20(7): 1812.
5. Honrado C, Michel N, Moore J H, et al. Label-free quantification of cell cycle synchronicity of human neural progenitor cells based on electrophysiology phenotypes[J]. ACS sensors, 2020, 6(1): 156-165.
6. Moore J H, Salahi A, Honrado C, et al. Quantifying bacterial spore germination by single-cell impedance cytometry for assessment of host microbiota susceptibility to Clostridioides difficile infection[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2020, 166: 112440.
7. Honrado C, Adair S J, Moore J H, et al. Apoptotic bodies in the pancreatic tumor cell culture media enable label‐free drug sensitivity assessment by impedance cytometry[J]. Advanced biology, 2021, 5(8): 2100438.
8. Salimi E, Bergin A, Thomson D, et al. Radio Frequency Electrical Impedance Spectroscopy of Chinese Hamster Ovary Cells[J]. URSI GASS 2021, Rome, Italy, 28 August - 4 September 2021
9. Bergin A. The use of Process Analytical Technologies to examine the viability of CHO cells[D]. University College Dublin. School of Chemical and Bioprocess Engineering, 2022.
10. Moore J H, Salahi A, Honrado C, et al. Correlating Antibiotic-Induced Dysbiosis to Clostridioides difficile Spore Germination and Host Susceptibility to Infection Using an Ex Vivo Assay[J]. ACS Infectious Diseases, 2023, 9(10): 1878-1888.
11. Mermans F, Mattelin V, Van den Eeckhoudt R, et al. Opportunities in optical and electrical single-cell technologies to study microbial ecosystems[J]. Frontiers in Microbiology, 2023, 14.
12. Salahi A, Honrado C, Moore J, et al. Supervised learning on impedance cytometry data for label-free biophysical distinction of pancreatic cancer cells versus their associated fibroblasts under gemcitabine treatment[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2023, 231: 115262.
13. Torres‐Castro K, Jarmoshti J, Xiao L, et al. Multichannel Impedance Cytometry Downstream of Cell Separation by Deterministic Lateral Displacement to Quantify Macrophage Enrichment in Heterogeneous Samples[J]. Advanced Materials Technologies, 2023, 8(8): 2201463.
14. Ding L, Oh S, Shrestha J, et al. Scaling up stem cell production: harnessing the potential of microfluidic devices[J]. Biotechnology Advances, 2023: 108271.
15. Mengers H G. Exploring and Exploiting Yeast Volatile Metabolites[M]. Apprimus Verlag, 2023.
產(chǎn)地:瑞士Amphasys