【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物，尤其涉及一种细胞相互作用表征和识别系统、方法、应用。
技术介绍
1、细胞是生命的基本单位，其黏附，迁移，分化，凋亡的过程及在不同生理和病理过程中的动态变化，及与大分子之间的相互作用，对于理解和调控生命现象具有重要意义。因此，表征细胞及细胞多聚体的类型、状态、行为等，是生物工程、细胞生物学、物理生物学等领域的重要课题。
2、目前，表征细胞及细胞多聚体的方法主要有以下几种：如物理方法：利用仪器来测量细胞的力学或电学特性，如机械力、黏附力、弹性模量、电阻抗等。这些方法可以反映细胞的形态、功能和代谢状态，但现有技术通常需要昂贵的设备和数据处理技术。例如，原子力显微镜(atomic force microscopy)、机械力显微镜(traction force microscopy)、电阻抗谱仪(electrical impedance spectroscopy)等。操作复杂，通量低成本高。也因为通量或光毒性等限制，难以对细胞进行长期且实时的监测。生化方法：利用试剂或标记物来测量细胞。这些方法可以灵敏地检测细胞状态及和大分子的结合情况，但也可能影响其本身的特性或功能。例如，荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer)、生物素-亲和素系统(biotin-avidin system)、酶联免疫吸附试验(enzyme-linkedimmunosorbent assay)等。化学方法虽然可以灵敏地检测到细胞与大分子之间地结合情况，但通常需要对目标进行标记或修饰，并
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种实时无创无标记的生物状态及应激表征系统和方法，通过检测应激前后的细胞状态，细胞和物质相互作用，以及过程中的细胞机械力的动态变化，以表征特定物理及生化刺激对细胞的影响。通过细胞力，无创无标记地对细胞/多细胞聚体的状态进行监测，预测细胞及多细胞聚体的分化及行为；
3、相应地，本专利技术还提供一种物质和细胞/多细胞聚体相互作用识别系统和方法，其将物质对细胞/多细胞聚体作用的包括细胞机械力信息的细胞信息转化为结构化信息，实现对待测物质和细胞/多细胞聚体之间相互作用的快速、自动判定识别。
4、相应地，本专利技术还提供一种细胞/多细胞聚体相互作用表征和识别系统、方法在在需要表征细胞/多细胞聚体之间相互作用的相关方法和产品中的应用。
5、(二)技术方案
6、为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
7、第一方面，本专利技术提供一种对细胞/多细胞聚体状态及应激反应，进行无创无标记的动态表征系统，其包括细胞机械力检测装置，所述细胞机械力检测装置包括基座，以及设置于基座上的，可受来自细胞/多细胞聚体的细胞机械力作用而产生形变的多个微柱构成的微柱阵列，所述微柱的顶部或/和柱面上部具有光线反射层；所述细胞机械力包括：物质作用之前、物质作用之中、物质作用之后细胞或/和多细胞聚体的细胞机械力。所述细胞机械力包括单个细胞机械力、多细胞聚体的机械力。
8、其中，所述多细胞聚体为两个以上细胞的组合，或两个以上细胞生长在一起组成的多细胞复合体或多细胞聚合体；所述多细胞聚体表现的机械力包括为：单个细胞机械力、多个细胞机械力相互作用表现的机械力、细胞和细胞外基质相互作用表现的机械力。
9、细胞机械力在细胞间沟通中扮演着重要角色。细胞通过不同的机制感知和回应外界刺激，包括基质硬度、剪应力和机械张力，本专利技术先固定贴附细胞或/和多细胞聚体在细胞机械力检测装置后，施加刺激，或再继续加入其它细胞或/和多细胞聚体置于所贴附的细胞或/和多细胞聚体上，可实时监测所贴附的细胞或/和多细胞聚体细胞机械力的变化，可实时监测细胞之间，多细胞聚体之间，或细胞和多细胞聚体之间的相互作用。
10、可以在培养过程中，或者外界因素下，监测到细胞机械力的细微变化，可以应用于培养过程中，外界因素下，测定多细胞聚体或细胞的状态变化，并表征细胞的应激反应。可选地，外界刺激因素包括药物、机械力、生化、电场、向性引导、动态刺激。流场中一种或两种以上刺激的组合，作用于所述培养物上。
11、可选地方案中，在使用该系统进行表征之前、之中或之后，还可以对待测样品进行不同类型和强度的刺激(机械刺激、电刺激、光刺激等)，以及对特定位置或区域的样品进行操作(标记、固化、烧蚀、切割、提取、分选等)；可以与其他表征方法(蛋白染色、组化染色、单细胞测序等)结合进行比较分析。可选地，其还包括作用于细胞机械力装置或细胞的作用机构，所述作用机构为微流控、微针、激光中的一种或两种以上的组合。合适的微柱的高度、相邻微柱的间距以及柱表面的大小在上述范围内的限定可以使细胞/多细胞聚体在物质和细胞/多细胞聚体的表征系统中处于更为稳定的状态。
12、可选地方案中，其还包括磁性材料装置，所述微柱上设置有磁感应材料，所述磁性装置作用于所述磁感应材料；上述磁性装置作用于所述磁感应材料促使微柱沿特定方向活动或摆动，以及形变，使微柱刺入细胞或多细胞聚体，用于测定细胞硬度。可选地，所述细胞机械力装置还设置有抗磁性材料。可选地，所述磁性装置通过磁感应材料静态或动态控制微柱的运动和软硬度。可选地，所述磁感应材料为设置在微柱表面的磁性金属反射层或带有磁性的反射层。可选地，所述磁感应材料包括铁、钴、镍、铁氧体中的一种或两种以上的组合。
13、可选地，基座或微柱可采用导电材料，通过包括电极装置在内的实施电刺激，也可以达到接收细胞的电信号目的。可选地可在微柱内部部分或全部填充荧光材料。可选地，所述细胞机械力检测装置，可根据实际的应用场景，设置相应软硬度和长度的微柱；可以根据不同的器官，定制不同软硬度和长度的微柱，能够模拟器官更真实的环境。比如，其作为心脏芯片，可以在微型芯片上制造出一个心脏微环境，包括机械收缩、分子传输、电活动和生化刺激等多种因素，可定制性。它可以在微小的空间内模拟心脏的复杂结构和功能，包括心肌细胞、血管内皮细胞、心肌细胞外基质等多种组织成分，从而更加准确地模拟心脏功能。更加准确的模拟药物对多细胞聚体的影响。
14、可选地，所述微柱表面设置有ecm；可选地，将所述细胞或/和组织与ecm的混合物种植微柱上；可选地，所述微柱表面带有向性的ecm图层；可选地，所述种植的方法包括：3d打印；为了实现更好的可控性和可重复性。可以通过3d打印及微流控技术来精确控制细胞和生物材料的分布和流动，以及模拟器官(如：心脏)血液流动；微环境的各参数可以进行标准化，提高实验可重复性和数据的可比性。可选地，若所述多细胞聚体为心脏，所述细胞包括心肌细胞、平滑肌细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞、干细胞、免疫细胞中的一种或两种以上的组合。
15、可选地，其还包括机械模拟装置，所述机械模拟装置为对所述细胞机械力检测装置进行拉伸的机械拉伸装置；或为设置在微柱底部的可充气变形的柔性薄本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于表征生物状态及应激的系统，其特征在于：包括细胞机械力检测装置，所述细胞机械力检测装置包括基座，以及设置于基座上的，可受来自细胞/多细胞聚体的细胞机械力作用而产生形变的多个微柱构成的微柱阵列，所述微柱的顶部或/和柱面上部具有光线反射层；
2.如权利要求1所述表征生物状态及应激的系统，其特征在于：其还包括磁性材料装置，所述微柱上设置有磁感应材料，所述磁性装置作用于所述磁感应材料；
3.如权利要求1所述表征生物状态及应激的系统，其特征在于：其还包括光信号发生装置和光信号检测装置，所述光信号发生装置具有光源，所述光源发出的光线通过入射光路照射到微柱的光线反射层；所述光信号检测装置用于检测从微柱的光线反射层反射的光线，所述光线反射层反射的光线经过反射光路进入光信号检测装置；
4.如权利要求1所述表征生物状态及应激的系统，其特征在于：其还包括光信号分析装置，将光信号分析形成可视化信息；或将光信号分析形成数据实现表征。
5.一种如权利要求1-4任一项所述表征生物状态及应激的系统，其特征在于应激包括物质和细胞的相互作用，所述物质包括生物
6.一种细胞状态及应激评估系统，其特征在于：其包括信息获取单元、预处理单元、学习单元和识别单元；
7.一种使用权利要求1-5任一项所述表征系统、权利要求6所述评估系统在表征和评估细胞状态及应激的方法，其特征在于：
8.一种权利要求1-4任一项所述表征系统、权利要求6所述识别系统在需要表征细胞状态和应激的相关方法和产品中的应用；其特征在于：所述应用包括：细胞疗法、合成生物学、脂肪研究、细胞/多细胞聚体与大分子相互作用研究、多细胞聚体研究。
9.一种权利要求1-4任一项所述物质和细胞/多细胞聚体的表征系统、权利要求6所述识别系统的应用，其特征在于，其包括以下应用：
...【技术特征摘要】
1.一种用于表征生物状态及应激的系统，其特征在于：包括细胞机械力检测装置，所述细胞机械力检测装置包括基座，以及设置于基座上的，可受来自细胞/多细胞聚体的细胞机械力作用而产生形变的多个微柱构成的微柱阵列，所述微柱的顶部或/和柱面上部具有光线反射层；
2.如权利要求1所述表征生物状态及应激的系统，其特征在于：其还包括磁性材料装置，所述微柱上设置有磁感应材料，所述磁性装置作用于所述磁感应材料；
3.如权利要求1所述表征生物状态及应激的系统，其特征在于：其还包括光信号发生装置和光信号检测装置，所述光信号发生装置具有光源，所述光源发出的光线通过入射光路照射到微柱的光线反射层；所述光信号检测装置用于检测从微柱的光线反射层反射的光线，所述光线反射层反射的光线经过反射光路进入光信号检测装置；
4.如权利要求1所述表征生物状态及应激的系统，其特征在于：其还包括光信号分析装置，将光信号分析形成可视化信息；或将光信号分析形成数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：林哲，
申请(专利权)人：医工瑞思福建工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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