細胞的力學表型是細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的重要指標，它與細胞狀態(tài)和細胞功能密切相關(guān)。力學特性的改變能反映包括細胞周期進展、惡性腫瘤、白細胞活化和干細胞分化等細胞活動過程。同時，細胞力學的測量能擺脫對外部標簽（例如熒光染料）的依賴。因此，它構(gòu)成了細胞鑒定的一個重要的非侵入性生物標志量。此外，由于細胞力學表型決定了細胞對其周遭環(huán)境力的反應的大小，細胞力學還可以為細胞生命活動過程的觀測提供一個新穎的生物物理視角。傳統(tǒng)的細胞力學檢測利用原子力顯微鏡、微吸管抽吸、光學拉伸和平行板流變學等方法，來量化暴露于外部應力下的單個細胞的變形。這些方法可以評估力在時間軸上的響應狀況，并能夠提取細胞的物理特性，如彈性模量或粘度。然而，這些方法受到技術(shù)要求高，流程耗時長的限制，很難在專業(yè)實驗室以外的地方實現(xiàn)高通量的測量。在這種情況下，基于微流空的方法則是一個很有吸引力的選擇。微流控系統(tǒng)可以通過監(jiān)測細胞在外力作用下的形變能力進行可靠的、高通量的評估，并能夠?qū)鶆蚝彤愘|(zhì)細胞群體進行徹底的表征。

　　近期，來自Technische Universit?t Dresden的Jochen Guck、University of California的Dino Di Carlo和Massachusetts Institute of Technology的Scott R.Manali在Nature methods上發(fā)表了題為“A comparison of microfluidic methods for high-throughput cell deformability measurements”的文章，該文章提出了一項標準化的交叉實驗室研究，比較了三種基于微流體的測量細胞力學表型的方法: 收縮型變形能力細胞儀(cDC)、剪切流變形能力細胞儀(sDC)和拉伸流變形能力細胞儀(xDC)（圖1）。這三種方法都能檢測暴露于改變的滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）下引起的細胞形變，并可用來確定導致形變能力變化的細胞結(jié)構(gòu)，然而這些方法間卻從未有過橫向的比較。本文于是進行了一項標準化的交叉實驗室研究，比較了三種形變性細胞術(shù)各自最有代表性的實驗方法， 從而進一步加深了人們對不同變形能力細胞測定方法適用性的理解，并為解釋使用不同平臺進行的變形能力測量提供了背景。

圖1 測定細胞變形能力的基于微流體的方法的比較

　　該團隊分別使用cDC，sDC和xDC三種方法，評估了來自相同來源和傳代數(shù)的人源早幼粒細胞白血病(HL60)細胞在發(fā)生滲透變化和Latrunculin B誘導的肌動蛋白解體的狀態(tài)下的形變程度。
　　首先，他們將HL60 細胞在（高于血漿滲透壓300mOsm的）400-700 mOsm的溶液中脫水十分鐘（圖2a）。然后，將這些經(jīng)過不同濃度的高滲溶液處理過的細胞分別通過cDC, sDC和xDC，并觀察其形變程度。將數(shù)據(jù)經(jīng)過標準化處理后，能看到相對形變（RD, relative deformation）在不同的力學表型儀器上所表現(xiàn)出來的 隨高滲溶液滲透程度的變化趨勢是一致的（圖2e）。理論上，當細胞處于高滲溶液中時，細胞內(nèi)的水分會向外排出，使得細胞內(nèi)細胞器的排布更加緊密，從而增強細胞的強度。由此，可以得出結(jié)論，即細胞內(nèi)膠體組分的堆積密度誘導的形變是可以在所有測試方法中檢測到的。

圖2 滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）變化對細胞變形能力的影響

　　然而關(guān)于監(jiān)測Latrunculiln B (LatB) 誘導的肌動蛋白解體的情況，不同的設備則會得出不同的結(jié)論。LatB能清除肌動蛋白單體，從而引起肌動蛋白細胞骨架的解體（圖3a）。首先，HL60細胞也被不同濃度的LatB溶液預處理， 然后再分別通入cDC, sDC和xDC儀器中，并觀察其形狀變化。經(jīng)分析數(shù)據(jù)可知發(fā)現(xiàn)，cDC和sDC對于細胞形變程度的變化較為接近，而xDC則對于細胞由LatB誘導所致的肌動蛋白解體情況不能進行很好的監(jiān)測 (圖3e)。該團隊經(jīng)分析比較推測其主要原因是不同設備中所產(chǎn)生的應變率會有所區(qū)別。cDC與sDC能產(chǎn)生相近的應變率，而xDC則應用了更高的應變率，而在高應變大小和應變率下，能觀察到的肌動蛋白網(wǎng)絡的流態(tài)化。

圖3 latb誘導的肌動蛋白解體對細胞變形能力的影響

　　除了測量細胞的形變程度以外，上面提出的三種檢測方式，每一種都具有能拓寬基礎測量維度的一些不同的功能。如cDC,就能提供更多的參數(shù)，例如進入和過境速度，來描述細胞通過狹窄流道的過程，并能夠敏感地讀出細胞的浮力質(zhì)量。sDC的突出特點是數(shù)據(jù)處理的實時性，這使得該方法能夠兼容形變分析下游的主動排序。此外，對于sDC來說，它擁有集成類細胞分選儀(FACS)的潛力，并具有從形變數(shù)據(jù)中提取楊氏模的理論框架。與此同時，xDC則能實現(xiàn)更高的通量。所有這三個系統(tǒng)，還都能與明場細胞成像技術(shù)進行整合，以獲取更多的基于圖像的細胞表征數(shù)據(jù)。
　　將力學特性與當前的細胞行為觀點相結(jié)合，將為更全面地理解生理和病理過程鋪平道路，并具有及重要的潛在的臨床診斷價值。