摘要：细胞弹性是反映细胞结构和生理状态变化的重要生物标志物，为细胞行为提供关键见解。将机械性能与生物功能联系起来，对于了解细胞健康和推进生物医学研究至关重要。微流体技术具有精确操作和高通量分析的能力，显著推动了细胞弹性测量和基于弹性的细胞分选的发展。

细胞弹性是反映细胞结构和生理状态变化的重要生物标志物，为细胞行为提供关键见解。将机械性能与生物功能联系起来，对于了解细胞健康和推进生物医学研究至关重要。微流体技术具有精确操作和高通量分析的能力，显著推动了细胞弹性测量和基于弹性的细胞分选的发展。

近期，哈尔滨工业大学（深圳）陈华英教授联合深圳大学高等研究院闫昇研究员以及新南威尔士大学研究人员发表综述，总结了基于微流控技术的细胞弹性测量和分选技术的进展、生物医学应用以及面临的挑战，并展望了未来的研究方向。相关研究内容以“Cell elasticity measurement and sorting based on microfluidic techniques: advances and applications”为题目，发表在期刊《Biosensors and Bioelectronics》上。

本文要点：

1、本文全面概述了用于评估细胞弹性的先进微系统，讨论了它们的优点和局限性。

2、重点介绍了基于弹性分选的生物医学应用，包括细胞分类、临床诊断、药物筛选和干细胞分化预测。

3、探讨了该领域当前面临的挑战，例如测量效率和可扩展性有限，并展望未来研究方向，包括开发自动化、高通量系统以及如何将弹性测量集成到实际生物医学应用中。

一张图读懂全文：

细胞弹性测量技术主要分为以下几类：

1、微管吸吮法(Micropipette aspiration, MPA)：用直径小于细胞的微管以负压吮吸细胞，观察细胞在不同吸力下的变形，从而获得细胞弹性信息。

2、原子力显微镜(Atomic force microscopy, AFM)：使用微型探针接触细胞表面，测量细胞在压缩力作用下的变形，从而计算细胞的弹性模量。

3、光学技术：

光学拉伸(Optical stretching)：利用激光束捕获并拉伸悬浮细胞，无需直接接触即可评估细胞的力学性质。

光学镊子(Optical tweezers)：利用激光束产生的梯度力精确操控和测量细胞的弹性。

4、磁镊(Magnetic tweezers)：将磁性微球附着在细胞表面，通过磁场施加力，测量细胞的位移和变形，从而评估细胞的弹性。

5、微流控技术：

基于收缩的可变形细胞计数法(Constriction-based deformability cytometry, cDC)：细胞从宽通道进入窄通道时发生变形，可测量细胞弹性。

扩展流可变形细胞计数法(Extensional flow deformability cytometry, xDC)：利用两侧流体挤压细胞产生变形，测量细胞弹性。

剪切流可变形细胞计数法(Shear flow deformability cytometry, sDC)：利用流体剪切力使细胞变形，测量细胞弹性。

这些技术各有优缺点，如分辨率高、非入侵性、高通量等。微流控技术的发展显著提高了细胞弹性测量的精度、效率和应用范围。

细胞弹性在疾病诊断和治疗研究中的潜在应用包括：

1、癌细胞通常比正常细胞更加柔软，可用于区分正常细胞和癌细胞，实现早期诊断。

2、不同转移潜力的癌细胞具有不同的弹性特征，可用于预测癌细胞的侵袭性和转移能力。

3、细胞弹性变化可反映细胞对药物或放射治疗的响应，为药物筛选和治疗效果评估提供新的指标。

4、干细胞分化过程中的弹性变化可预测其分化潜能，有助于干细胞治疗的优化。

未来该领域需要解决的关键挑战和发展方向如下：

1、发展自动化、高通量的细胞弹性测量和分选系统，满足大规模细胞治疗的需求。

2、建立标准化的测量框架，包括样品制备、测量条件和数据分析模型等，提高结果的可重复性和可靠性。

3、将机器学习等计算工具与细胞弹性测量相结合，提高测量的精度和效率。

4、进一步探索细胞弹性与生物学功能的关系，深化对细胞力学特性的理解，促进其生物医学应用的发展。

总之，细胞弹性作为一个重要的生物物理参数，在疾病诊断、治疗研究和再生医学等领域展现了广阔的应用前景，值得进一步深入探索和发展。

图1.本综述结构图：细胞弹性测量、基于弹性的分类和展望。

图2.（A）细胞弹性测量的重要里程碑与突破性技术的出现密切相关。（B）细胞骨架结构示意图，包括肌动蛋白丝、微管、中间丝、交联和稳定蛋白质以及分子马达。

图3.细胞弹性测量技术。

图4.使用微流体技术测量细胞弹性的方法。

图5.基于细胞弹性的细胞分选应用。

图6.基于弹性的细胞分选。

论文链接：

来源：科学小少年