[发明专利]一种测定原代心肌细胞的力学搏动性能的方法

说明书

本发明公开了一种测定原代心肌细胞搏动力学性能的方法。所述方法包括如下步骤：(1)对由AT切石英晶体和BT切石英晶体表面的导电薄膜修饰促进心肌细胞黏附与搏动的材料；所述导电薄膜材料为与心肌细胞生物相容的金等金属材料及既导电又透明、允许光学显微镜观察的ITO材料；所述促进心肌细胞黏附与搏动的材料为细胞外基质材料与分子，如纤粘连蛋白、胶原，细胞外基质模拟材料或分子，如明胶、RGD黏附多肽、聚赖氨酸等；所述AT切石英晶体与BT切石英晶体具有相同频率、表面形态和/或修饰了相同的表面黏附分子；(2)将步骤(1)修饰后的金电极或ITO电极置于检测池内，检测池内装有心肌细胞培养基，将待测定的原代心肌细胞放入检测池，通过公示测定原代心肌细胞的如下力学搏动性能：细胞收缩和舒张力△S_t、细胞存储模量G′与细胞损耗模量G″、细胞粘弹性指数CVI。

技术领域

本发明涉及一种测定原代心肌细胞搏动力学性能的方法。

背景技术

微柱阵列与AFM方法已被用于心肌细胞搏动过程收缩或牵引力的定量测定。已有文献对心肌细胞收缩力的测定方法进行了较详细综述。包括基于形变变化的微悬臂梁、细胞鼓、最常用于细胞牵引力测定的基于嵌入荧光珠的水凝胶薄膜的细胞牵引力显微镜等。可是这些方法大多仅限于单细胞，而绝大部分生理过程，包括心肌细胞搏动本来就具多细胞特性。人体心脏细胞没有一个是孤立的，对单个细胞的测量失去了细胞间通讯、缝隙连接和协调的细胞作用的贡献，而这些是心脏收缩搏动功能的重要组成部分。此外，这些方法都要用到光学显微镜，都依赖于光学显微镜跟踪细胞力产生过程中由力所引起的微柱或悬臂等形变大小，因此牵引力数据的实时分辨率受限。近年来也有基于心肌细胞形变引起的传感器信号测定用于心肌细胞收缩力测定的方法探讨，如压阻悬臂传感器、最新进展为基于心肌细胞收缩引起碳纳米管网络结构的改变进而引起电阻的改变，该方法可置入CO₂培养箱实现心肌细胞收缩力的长期测定，但碳纳米管需埋在柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)凝胶中。AFM亦被用于原代大鼠心肌细胞搏动过程心肌细胞硬度的变化测定，结果显示心肌细胞弹性模量在收缩期的高弹性模量(26.2±5.1KPa)与舒张期的低弹性模量(7.8±4.1KPa)之间循环。AFM仅能从细胞顶端对细胞力学性质进行测定，且为避免基底效应，一般要求测定在细胞核上部进行。目前国际上最先进的用于心肌细胞功能分析的方法是美围ACEA(艾森)公司与德国Nanion公司生产的可实时测量心肌细胞收缩功能的xCELLigence RTCACardioECR仪及CardioExcyte 96通道心肌细胞功能分析仪。具体地是通过将较高频测量的细胞诱导电阻抗与多电极阵列技术相结合，因为细胞诱导的电阻抗取决于细胞大小/形状以及细胞与阻抗电极相互作用的强度，所以心肌细胞的收缩-舒张周期产生容易捕获的阻抗的明显的节奏波动。这种“跳动”模式的强度和周期的变化可以在短(秒)到长(天)时间段中监测，可以间接评估在不同药物作用下的心肌细胞收缩力和活力。虽然阻抗变化反映了心肌细胞收缩与舒张过程与传感器贴壁程度的有节奏的改变，可并非收缩力与舒张力的直接定量测定，特别地，阻抗值也与细胞的形态等相关。因此更为理想的心肌细胞分析方法是能无损、定量测定心肌细胞搏动伴随的细胞收缩与舒张力及粘弹性动态变化、并允许与光学显微镜联用而获得细胞数目与形态学等信息。

可到目前为止用于心肌细胞搏动时收缩与舒张力及粘弹性的测定方法有如下缺陷。

1)目前大部分其他细胞力学技术需对细胞施加一定的力而实现细胞粘弹性的测定，而外力作用下会导致复杂的细胞呴应，对细胞造成损害；2)缺乏细胞群力学参数测定方法；3)缺乏能对心肌细胞收缩与舒张等力学参数进行无损、长期监测而实现对心肌细胞细胞功能的实时研究与定量；4)尚无其他技术可同时监测心肌细胞多个细胞力学参数，如心肌细胞收缩力、舒张力与粘弹性的同时测定。