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        成像算法收集有關細胞如何移動的信息

        布朗大學的工程師開發(fā)了一種新技術,幫助研究人員了解細胞如何穿過體內的復雜組織。他們希望該工具可用于了解各種細胞運動,從癌細胞如何遷移到免疫細胞如何進入感染部位。該技術在發(fā)表在“ 美國國家科學院院刊 ”上的論文中有所描述。

        成像算法收集有關細胞如何移動的信息

        用于研究細胞運動的傳統(tǒng)方法稱為牽引力顯微鏡(TFM)??茖W家們在細胞沿著二維表面移動時,或通過設計為實際身體組織的三維凝膠的三維凝膠拍攝細胞圖像。通過測量細胞在移動時移動2-D表面或3-D凝膠的程度,研究人員可以計算細胞產生的力。問題在于,為了進行計算,必須知道人造組織環(huán)境的剛度和其他機械性質。

        “如今在組織工程中,我們可以制造非常復雜的結構,更像是真實的組織,但由于它們如此復雜,我們無法了解所有的機械性能,”工程學助理教授Christian Franck說。在布朗。“所以我們有這些偉大的組織環(huán)境,但我們不能用它們來進行TFM計算。”

        為了提出一種新的方法,弗蘭克與他的學生和布朗工程學院的同事哈內什·凱薩里(Haneesh Kesari)合作,他專攻固體力學。

        “這是Haneesh發(fā)現(xiàn)了所謂的平均變形理論,”弗蘭克說。“這個理論允許我們做的是構建一個類似于牽引力顯微鏡的框架,但不需要知道機械特性。我們可以通過分析圖像并觀察細胞在與環(huán)境相互作用時如何變形來進行計算“。

        想象一下用手指擠壓橡皮球。在手指推動球的每個位置,都有一個凹陷。平均變形理論基本上將所有這些凹陷相加并返回一個數量,表示整個球的形狀凈變化。在細胞中,理論通過將細胞在與其移動的組織相互作用時變形的所有位置相加來得到一定量。

        “很棒的是,我們得到的一個簡單數量類似于我們從TFM獲得的力量,我們可以從中獲得大量其他數量,”弗蘭克說。“我們可以對從TFM派生的數量進行相同類型的統(tǒng)計分析。”

        為了了解該技術的功能,F(xiàn)ranck與Brown的Warren Alpert醫(yī)學院的外科(研究)教授Jonathan Reichner合作。他們對人體中性粒細胞進行了成像 - 白細胞在對抗感染時起著關鍵作用 - 當它們穿過復雜的膠原基質時。對健康的中性粒細胞以及改變模擬細胞的細胞進行成像,所述細胞參與膿毒性休克 - 白細胞的潛在致命功能障礙。

        這項工作顯示了健康細胞和膿毒癥模型之間的一些有趣的差異,這是以前沒有見過的。例如,該算法表明處于疾病狀態(tài)的細胞傾向于比健康細胞更具收縮性。它們在移動時也傾向于旋轉,而健康細胞則不然。

        “我們能夠顯示健康細胞和疾病狀態(tài)之間的顯著差異,”弗蘭克說。“這些差異如何與疾病有關,我們還不知道,但我們現(xiàn)在有能力看到這些差異并試圖理解它們的含義。”Franck和他的同事們計劃在網上免費提供支持該技術的軟件供其他研究人員使用。“所有他們需要使用的都是三維圖像,”弗蘭克說。“一旦他們擁有圖像,軟件就會分析它們。”

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