形態(tài)表面分析用于研究增殖性和毒性處理引起的細(xì)胞存活情況

利用形態(tài)測量學(xué)來確定細(xì)胞形態(tài)的變化，可以被視為篩選潛在藥物和有毒物質(zhì)的一種令人興奮的工具，可以區(qū)分兩種主要的細(xì)胞死亡模式。

在細(xì)胞凋亡和壞死過程中，治療的早期階段會(huì)發(fā)生劇烈的細(xì)胞體積變化。從生物物理學(xué)和治療學(xué)的角度來看，區(qū)分這些過程非常重要。細(xì)胞凋亡是一種程序性的細(xì)胞死亡過程，而壞死則是由于環(huán)境干擾而導(dǎo)致的意外死亡。當(dāng)治療引起細(xì)胞凋亡而非壞死時(shí)，往往會(huì)有更好的結(jié)果。此外，細(xì)胞增殖過程會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞體積的變化，作為細(xì)胞生長的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。

在這項(xiàng)研究中，我們展示了非侵入性的形態(tài)表面分析技術(shù)與經(jīng)過良好評(píng)估的生化方法相匹配，能夠清晰區(qū)分生理細(xì)胞和病理細(xì)胞。簡而言之，形態(tài)測量分析可以通過適當(dāng)?shù)募{米顆粒（NPs）誘導(dǎo)的細(xì)胞體積變化作為增殖和細(xì)胞死亡的前兆，與傳統(tǒng)方法測量的細(xì)胞存活反應(yīng)相兼容。

這個(gè)項(xiàng)目本質(zhì)上是跨學(xué)科的，因?yàn)樗枰獙?duì)不同材料及其與感興趣的生物實(shí)體的相互作用進(jìn)行表征，正如團(tuán)隊(duì)成員具有不同背景所示。由Ferrari博士領(lǐng)導(dǎo)的小組旨在研究液體-固體界面上兩親分子的潤濕過程、吸附和聚集，制備高度抗液體潤濕的涂層，并利用AFM和3D形態(tài)測量技術(shù)進(jìn)行表征。由Morán博士領(lǐng)導(dǎo)的小組專注于控制釋放系統(tǒng)的開發(fā)以及其在2D（體積和底物）和3D條件下的體外表征。

圖2：共聚焦模式下的三維表面形貌圖像（20倍放大）和形態(tài)參數(shù)（L：長度和H：高度）（a），形狀因子（H/L比值）數(shù)值（b），以及根據(jù)光學(xué)表面形貌剖面數(shù)據(jù)和使用球冠模型作為細(xì)胞的幾何近似所估算的細(xì)胞體積。結(jié)果表示為十個(gè)獨(dú)立細(xì)胞的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。*p<0.001表示與對(duì)照細(xì)胞存在顯著差異，*p<0.001表示相同細(xì)胞系的不同處理之間存在顯著差異，≠p<0.001表示相同處理下不同細(xì)胞系之間存在顯著差異。（“3D profilometry and cell viability studies for drug response screening" by M. C. Morán, F. Cirisano and M. Ferrari is licensed under CCC）。

利用光學(xué)表面形貌測量，對(duì)細(xì)胞形態(tài)進(jìn)行了分析，并且具有與MTT細(xì)胞存活檢測等常規(guī)方法相兼容的響應(yīng)時(shí)間[6]。然而，這些分析可以避免由于MTT作用而導(dǎo)致的代謝活性變化而不改變可存活細(xì)胞數(shù)量的一些矛盾結(jié)果。此外，細(xì)胞存活率的測量結(jié)果來自每毫升104-105個(gè)細(xì)胞的代謝活性的算術(shù)平均值。這么多的細(xì)胞數(shù)量可能會(huì)阻礙對(duì)細(xì)胞形態(tài)變化在非常早期階段或細(xì)胞群體中的小部分的確定。

通過三維表面形貌測量確定單個(gè)細(xì)胞的體積是建立細(xì)胞死亡模式或機(jī)制的附加價(jià)值，這是其他技術(shù)（平方厘米級(jí)別）無法簡單檢測到的。這項(xiàng)技術(shù)可以被視為在篩選潛在藥物和毒性材料時(shí)觀察細(xì)胞形態(tài)變化的有趣工具，特別是在治療過程中非常短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)細(xì)胞死亡的兩種主要模式進(jìn)行區(qū)分，以提前預(yù)測治療藥物的成功預(yù)期。

生物醫(yī)學(xué)研究的成功在于將納米材料應(yīng)用于疾病治療并開發(fā)用于診斷的工具。在這項(xiàng)工作中，3D光學(xué)表面形貌測量通過定性和定量分析，滿足了作為潛在治療或毒性藥物傳遞系統(tǒng)篩選工具的要求，促進(jìn)細(xì)胞生長或誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。這項(xiàng)工作是研究團(tuán)隊(duì)**結(jié)合這兩個(gè)學(xué)科（治療和診斷）進(jìn)行的發(fā)表。