文献分享| Angew. Chem. Int. Ed.：基于DNA的微粒张力传感器用于非平面几何形状中的细胞力学测量及高通量定量
机械转导是物理和化学信号之间的相互作用，在从细胞分化到转移的许多生物学过程中起着至关重要的作用。量化细胞力的最新技术采用可变形的聚合物薄膜或拴在玻璃基板上的分子探针。这些类型的平坦基底限制了在非平面几何结构上进行机械转导研究的应用，而生理活动（例如吞噬作用和免疫突触的形成）在非平面几何结构中最常发生。同时，显微镜读数的低通量也限制了基础检测和临床研究上的检测应用。 近日，埃默里大学的Khalid Salaita课题组在《Angew. Chem. Int. Ed.》上发表了题为“DNA-based microparticle tension sensors (μTS) for measuring cell mechanics in non-planar geometries and for high-throughput quantification”的科研论文。文章开发了基于DNA的微粒张力传感器（μTS），其中的探针固定在细胞大小的可分散颗粒上，从而能够通过流式细胞仪对非平面界面上的细胞力进行高通量分析。文章创建了显示不同配体的μTS，以与细胞相互作用，从而响应通过细胞表面受体-配体键传递的力而产生荧光信号，然后通过高分辨率显微镜将其可视化。作为平面基板上进行的力学显微镜的补充，μTS传感器具有球形表面，可以研究弯曲界面处或悬浮细胞组内的机械传导。为了证明μTS的范围，文章将该方法应用于在12和56 pN阈值下的T细胞受体（TCR）力和血小板整联蛋白力的作图和测量，并量化了两种抗血小板药物的抑制效率，提供了μTS的概念来筛选可调节细胞力学的药物。 图1. 球形表面上TCR力的机械成像。（A）μTS的示意图，用于绘制在细胞μTS交界处通过TCR-pMHC键传递的TCR力。（B）代表明场和Cy3B荧光图像，显示T细胞与12 pN μTS的接合处的粘附力和张力信号。（C）该图显示了与背景相比，μTS上的连接处的荧光强度倍数变化。每个点代表独立实验中来自3只不同动物的单个连接点。****表示p <0.0001。（D）代表性的共聚焦图像，显示了T细胞-μTS接合处的环状张力信号（绿色）和Factin信号（红色）。（E）在D所示接合处的界面处进行F-肌动蛋白信号（红线）和张力信号（绿线）的线扫描。比例尺= 5 μm。 图2. 用μTS可视化整联蛋白力。（A）示意图显示μTS如何通过μTS上的cRGD涂层DNA探针，以研究血小板整合素的张力。（B）12 pN μTS-血小板复合物的代表性明场和张力图像，可以观察到多达10倍的荧光增加，张力信号主要定位在颗粒-血小板连接处。（C）56 pN μTS-血小板复合物的代表性明场和张力图像，在该条件下，只有一小部分受体会传递峰值力F> 56 pN。在56 pN的情况下，最亮的颗粒显示出3倍的荧光强度增加。比例尺= 5 μm。 图3. 基于流式细胞仪的整联蛋白力表征。（A）制备用于μTS流式细胞术分析的血小板样品的程序。(B) μTS对照样品（左）和血小板结合μTS（右）的SSC与FSC图。 根据一系列对照，将事件分配为μTS单体（红色），μTS二聚体（绿色）和杂质（μTS缺陷颗粒或其他粉红色粉尘）。（C）12和56 pN探针的μTS单体的门控事件的荧光直方图。红色群体对应于未与血小板孵育的对照μTS，蓝色代表与血小板接触的μTS。百分比变化表示μTS的平均荧光强度的变化。每组N = 10000个事件。 图4. 测量调节血小板力学的药物的剂量反应曲线的概念证明。（A）经过Y27263药物处理后，μTS-血小板连接处的荧光信号随药物浓度的增加而降低。（B）基于流式细胞仪的μTS荧光强度直方图，探针与使用不同浓度的Y27632预处理的血小板接触。（C）从流式细胞仪获得的张力信号相对于Y27632的对数浓度绘制的剂量-响应曲线。（D）基于流式细胞仪的μTS探针的荧光强度直方图，探针与用不同浓度的eptifibatide预处理的血小板接触。（E）剂量响应曲线，从流式细胞仪获得的张力信号相对于eptifibatide对数浓度的剂量-响应图。每个直方图都绘制N = 10000个事件。误差棒显示了来自三只动物的三个独立测量的平均值的标准误差。比例尺= 5 μm。 文章证明了μTS是分子力定量的有效平台，能够以高空间分辨率可视化非平面几何体上的分子力，并能以高通量确定其大小。此外，通过研究两种抗血小板药物的效果，证明了μTS平台在药物筛选中的潜在应用。但μTS平台仍然具有重要的局限性，如μTS核心由二氧化硅构成，与细胞和组织相比，二氧化硅是坚硬的材料。而S / N取决于细胞与微珠之间的化学计量关系，因为与细胞接合的μTS表面的一部分会调节信号的强度。文章提出，未来通过使用扩增策略和基于凝胶的颗粒可能会解决这些局限性。 Khalid Salaita 教育经历： 2000年，欧道明大学理学学士学位 2006年，西北大学博士学位 2009年，加州大学伯克利分校Jay Groves的博士后 研究领域： 生物物理、材料、纳米科学、生物分子化学 课题组主页： https://www.salaitalab.com/ https://doi.org/10.1002/ange.202102206 编辑：陈慧芳 审核：陈思羽 推送：龚波
