一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法技术

本公开提供一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，包括：S1，制备具有微电极阵列的导电芯片；S2，将环形结构围设于导电芯片四周，形成细胞培养腔；S3，对导电芯片进行表面处理；S4，在细胞培养腔的微电极阵列上铺满细胞及形成聚合水凝胶；S5，实时进行细胞阻抗检测，获取细胞的阻抗信息，进而得到细胞侵袭过程的信息。本公开通过自组装纤维化过程在铺满细胞的微电极阵列导电芯片上制备了适于肿瘤侵袭模型的胶原蛋白I型凝胶，结合阻抗谱仪在线检测系统，有效实现了细胞阻抗传感检测过程中高效稳定的电荷转移，使得三维基质中群体细胞侵袭检测达到了实时、定量、无标记、全程动态分析的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法
本公开涉及细胞阻抗传感检测
，具体涉及一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法。
技术介绍
肿瘤的特征是细胞异质性，而导致肿瘤致死率的主要因素是癌扩散。转移过程使肿瘤细胞能够从原发性肿瘤中脱离出来并播种在人体的远处。细胞迁移以及降解细胞外基质(Extracellularmatrix，ECM)的能力则是入侵的关键要求，通过开发体外三维(3D)分析技术用以区分更多的侵袭性或迁移性表型，可形成评估药物效价、常规生化和免疫学检测的潜在指标。细胞的群体迁移通常在二维(2D)单层中进行研究，而ECM的生化和物理参数，如弹性、拓扑和维度，控制着细胞行为(如分化、增殖和迁移)，故2D单层培养不能为确定3D迁移提供生理学上的相关背景。了解肿瘤细胞在转移过程中的迁移机制，无疑将有助于设计更好的肿瘤治疗方案。同时，细胞运动的定量描述也有助于对细胞迁移在转移、发育和创伤愈合中的作用有更深入的了解。然而，到目前为止，稳健迁移三维模型的开发还没有得到足够的重视。用于监测细胞迁移和侵袭动态的体外新方法的发展带来了相当大的挑战。精确复制体内ECM环境是开发模型系统的理想目标，为了满足测定的稳健性，此类系统应尽可能地可复制。胶原蛋白I型(typeIcollagen，缩写为CollI)是一种普遍存在的基质ECM物种，其很容易从滋养胶原通过自组装重组成纤维网络，是包含在癌症侵袭和迁移模型中的合适候选生物材料。细胞迁移可以通过几种不同的方法进行评估，包括划痕法、细胞排斥区分析、基于微流体的测定和Boyden小室实验。最广泛接受的细胞迁移技术是Boyden小室实验。通常，将细胞放置在无血清培养基的上室中，并使其通过具有特定孔径的聚碳酸酯膜迁移到有血清或类似化学趋化剂的下室中。经过适当的孵育时间后，将两个隔室之间的膜固定并染色，并确定已迁移到膜下侧的细胞数量。利用上下室之间的趋化因子梯度来驱动细胞的侵袭和迁移的Boyden小室实验，可以通过简单的涂覆过程很容易地适应于特定的ECM(CollI，Matrigel)化学反应的模型。然而，在这些系统中，利用组织学技术对3D细胞侵袭或迁移机制进行全面评估是困难的，因为这些指标通常局限于膜下侧细胞数量的端点求和，无法满足动态同步监控，人为计数误差较大，重复率低。电子细胞基质阻抗传感(Electricalcell-substrateimpedancesensing，ECIS)是一种基于交流阻抗技术的细胞分析方法，其原理是通过测量细胞与基底电极之间的阻抗值变化来评估细胞的生理和病理状态。因为细胞膜的特性使得细胞在电性质上接近绝缘体，所以阻抗会随着电极上细胞的覆盖面积的增加而增大，进而可以测量得到细胞的数据，细胞发生多种生理和病理状态变化均可通过阻抗值的变化来反应。ECIS通过实时、无标记和无损的方式全程动态地监测细胞和电极之间界面的电流变化来研究细胞的各种活动，如附着、增殖、毒性、生长及形态变化等动态生物学过程。本公开则通过将ECIS与Boyden小室实验设计理念相结合，采用最先进的技术提供3DECM中细胞迁移和侵袭过程中的实时定量的动力学信息。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对上述问题，本公开提供了一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，用于至少部分解决传统Boyden小室实验局限于膜下侧细胞数量的端点求和，进而影响组织学技术对3D细胞侵袭机制的全面评估的技术问题。(二)技术方案本公开一方面提供了一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，包括：S1，制备具有微电极阵列的导电芯片；S2，将环形结构围设于导电芯片四周，形成细胞培养腔；S3，对导电芯片进行表面处理；S4，在细胞培养腔的微电极阵列上铺满细胞及形成聚合水凝胶；S5，实时进行细胞阻抗检测，获取细胞的阻抗信息，进而得到细胞侵袭过程的信息。进一步地，S1具体包括：在导电衬底的导电膜层上形成光刻胶层；在具有光刻胶层的导电衬底上形成光刻胶图案；以及基于光刻胶图案在导电衬底上形成具有导电膜图案的导电芯片，其中，导电膜图案为微电极阵列。进一步地，S2具体包括：在导电芯片上形成围设微电极阵列的环形结构，其中，环形结构的内表面和微电极阵列所在的导电芯片表面形成细胞培养腔。进一步地，S3具体包括：以无水甲醇清洗细胞培养腔；以3-氨基丙基三乙氧基硅烷为硅烷偶联剂对预清洗的细胞培养腔的导电芯片表面进行硅烷化处理；以聚(苯乙烯-co-马来酸酐)溶液对细胞培养腔的导电芯片表面修饰酸酐基团。进一步地，S4中铺满细胞具体包括：将一定细胞数目的细胞悬液接种到细胞培养腔中，以完全培养基培养；继续使用含有胚牛血清的培养基饥饿处理。进一步地，S4中形成聚合水凝胶具体包括：以乙酸溶液稀释高浓度的胶原蛋白I型到预设浓度；依据预设配比，将稀释后的胶原蛋白I型、改良伊格尔培养基、磷酸盐缓冲盐溶液、氢氧化钠溶液混合形成聚合水凝胶，其中，所有试剂均在冰上保持并混合。进一步地，稀释后的胶原蛋白I型的预设浓度为3～5.6mg/mL；依据预设配比混合后的溶液中胶原蛋白I型的终浓度为2～4.5mg/mL；依据预设配比混合后的溶液pH中和至7.3～7.5。进一步地，S4中还包括：聚合水凝胶经自组装纤维化过程形成的具有纳米和微观结构特征的水凝胶。进一步地，自组装纤维化过程具体包括：将依据预设配比混合后的溶液吸入细胞培养腔中，以替换含胚牛血清的培养基，同时覆盖附着在导电芯片表面的细胞；以及将细胞培养腔置于一定湿度的细胞培养箱中成胶，经自组装纤维化过程制备适于群体细胞侵袭的三维胶原蛋白I型凝胶。进一步地，S5具体包括：以输出正弦电压为10mV～30mV、输出频率为10kHz～100kHz对三维基质中群体细胞侵袭的微电极阵列的导电芯片进行扫频测量，以获得不同频率下细胞阻抗值；获取细胞阻抗信息是以在胶原蛋白I型凝胶中加入完全培养基为零时刻，进行多时间段的阻抗扫频测量。(三)有益效果本公开实施例提供的一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，通过自组装纤维化过程在铺满细胞的微电极阵列导电芯片上制备了适于肿瘤侵袭模型的typeIcollagen凝胶，结合阻抗谱仪在线检测系统，有效实现了细胞阻抗传感检测过程中高效稳定的电荷转移，使得三维基质中群体细胞侵袭检测达到了实时、定量、无标记、全程动态分析的技术效果。附图说明图1示意性示出了根据本公开实施例用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法的流程图；图2示意性示出了根据本公开实施例制备具有微电极阵列的导电芯片及细胞培养腔的流程示意图；图3示意性示出了根据本公开实施例进行表面处理、铺满细胞及形成聚合水凝胶的流程示意图；图4示意性示出了根据本公开实施例进行细胞阻抗检测的流程示意图；图5示意性示出了根据本公开实施例细胞阻抗传感芯片的实物图；图6示意性示出了根据本公开实施例细胞阻抗传感检测的扫频测量获得的相对阻抗值与时间的对应关系图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，包括：/nS1，制备具有微电极阵列的导电芯片；/nS2，将环形结构围设于所述导电芯片四周，形成细胞培养腔；/nS3，对所述导电芯片进行表面处理；/nS4，在所述细胞培养腔的微电极阵列上铺满细胞及形成聚合水凝胶；/nS5，实时进行细胞阻抗检测，获取所述细胞的阻抗信息，进而得到所述细胞侵袭过程的信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，包括：
S1，制备具有微电极阵列的导电芯片；
S2，将环形结构围设于所述导电芯片四周，形成细胞培养腔；
S3，对所述导电芯片进行表面处理；
S4，在所述细胞培养腔的微电极阵列上铺满细胞及形成聚合水凝胶；
S5，实时进行细胞阻抗检测，获取所述细胞的阻抗信息，进而得到所述细胞侵袭过程的信息。


2.根据权利要求1所述的用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，其特征在于，所述S1具体包括：
在所述导电衬底的导电膜层上形成光刻胶层；
在所述具有光刻胶层的导电衬底上形成光刻胶图案；以及
基于所述光刻胶图案在所述导电衬底上形成具有导电膜图案的导电芯片，
其中，所述导电膜图案为所述微电极阵列。


3.根据权利要求2所述的用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，其特征在于，所述S2具体包括：
在所述导电芯片上形成围设所述微电极阵列的环形结构，
其中，所述环形结构的内表面和所述微电极阵列所在的导电芯片表面形成所述细胞培养腔。


4.根据权利要求3所述的用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，其特征在于，所述S3具体包括：
以无水甲醇清洗所述细胞培养腔；
以3-氨基丙基三乙氧基硅烷为硅烷偶联剂对预清洗的细胞培养腔的导电芯片表面进行硅烷化处理；
以聚(苯乙烯-co-马来酸酐)溶液对所述细胞培养腔的导电芯片表面修饰酸酐基团。


5.根据权利要求4所述的用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法，其特征在于，所述S4中铺满细胞具体包括：
将一定细胞数目的细胞悬液接种到所述细胞培养腔中，以完全培养基培养；
继续使用含有胚牛血清的培养基饥饿处理。


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【专利技术属性】
技术研发人员：黄建永，姜楠，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11