FluidFM重塑单细胞力谱，实现通量与精度双飞跃，全自动智能化变革方案！
亮点聚焦
高通量测量：FluidFM OMNIUM系统能够在每小时测量多达50个哺乳动物细胞的粘附力，显著提升了单细胞力谱的通量。
广泛的力学范围：先进的FluidFM技术能够测量高达3 µN的粘附力，远超传统的力学范围。
全自动化流程：从细胞抓取、力-距离曲线测量到细胞释放和清洗，整个过程完全自动化，确保数据的一致性和可重复性。
高效数据分析：系统自动生成每个细胞的力-距离曲线，便于快速比较不同细胞群体的粘附力，助力细胞粘附机制的研究。
引言
细胞粘附在组织形成、维持和功能中扮演着至关重要的角色。细胞间的相互作用通过跨膜蛋白复合物（如钙粘蛋白和整合素）介导，这些复合物不仅维持着细胞的连接，还在癌症生物学中影响肿瘤的发生和转移，并将促进新型靶向疗法的开发。因此，量化活细胞粘附力对于理解细胞黏附的生理机制至关重要。
传统的单细胞力谱（SCFS）技术依赖于原子力显微镜（AFM），虽然能够精确测量活细胞粘附强度，但其通量低、操作复杂、且需要繁琐的细胞固定步骤。FluidFM®技术的引入彻底改变了这一局面，它不仅消除了对细胞涂层和功能化的需求，还大幅提高了测量通量和力学范围（可高达3 µN）。
传统SCFS与FluidFM的比较
传统单细胞力谱（SCFS）
传统SCFS通过将细胞固定在AFM悬臂上，测量细胞与基地之间的粘附力。尽管该方法能够提供准确力-距离曲线，但其通量极低，每天仅能测量几个细胞。此外，细胞固定过程非常耗时且需要丰富的经验，限制了其在高通量研究中的应用。
FluidFM技术
FluidFM技术通过微流体探针实现了对贴壁细胞的自动化抓取和释放，无需复杂的细胞固定步骤。微吸管通过施加负压即可轻松拾取贴壁细胞，并在测量后自动释放细胞，整个过程完全自动化[1-8]。这一创新不仅显著提高了通量，还扩展了可检测的力学范围，最高可达3 µN。
多功能单细胞显微操作系统- FluidFM OMNIUM
FluidFM OMNIUM系统的全自动化工作流程
FluidFM OMNIUM系统将单细胞力谱提升到了全新的水平。整个抓取贴壁细胞、使其与表面分离、测量力-距离曲线、释放细胞以及清洗步骤的过程在FluidFM OMNIUM仪器上完全自动化。系统允许在6-24孔板格式中每小时测量多达50个细胞，整个过程无需人工干预。下文案例我们将展示使用新型自动化SCFS工作流程对100个哺乳动物细胞（CHO和HeLa）进行的粘附力测量。
图1. 使用FluidFM OMNIUM测量哺乳动物细胞粘附力的自动化单细胞力谱（SCFS）工作流程。通过Arya软件手动指向并点击细胞来完成细胞选择。整个工作流程——包括抓取贴壁细胞、将其从表面分离、测量力-距离曲线，以及随后的清洗微吸管步骤——均实现全自动化。
实验设置与结果
在本研究中，作者使用FluidFM OMNIUM系统对CHO和HeLa细胞的粘附力进行了测量。细胞在12孔板的两个单独孔中过夜粘附。细胞以70%汇合度接种在含有10%胎牛血清（FBS）和1%青霉素/链霉素的DMEM-F12培养基中，在37°C和5% CO2条件下培养。孵育后，用DPBS洗涤孔，并将培养基更换为1毫升无CO2的L15培养基。然后将板放入FluidFM OMNIUM系统的样品支架中，并保持恒定37°C。
在选择细胞和定义分离参数后，整个实验自动进行。目标细胞以预定速度接近悬臂，然后施加负压，随后悬臂回缩，使贴壁细胞从板表面分离。达到预设回缩距离后，样品台将悬臂移动到包含洗涤溶液的系列孔中，释放细胞并清洗微吸管。
使用FluidFM OMNIUM中预编程的软件模块，自动测量了100条力-距离曲线，分别来自HeLa和CHO细胞群体。每次运行50个细胞的时间如图2所示，对于HeLa和CHO细胞均如此。显然，在两种情况下，长尾分布中均存在一个单峰，这与先前文献[3]相符。在两种情况下，都发现了一小部分粘附力非常强的细胞，其粘附力是群体平均值的数倍。两种细胞类型的粘附力范围大致相同，从约100 nN到2500 nN。同时，HeLa群体分布的峰值向更高的粘附力方向移动。因此，如果我们汇总所有粘附力值，会发现显著差异（p<0.05，双尾t检验）。更重要的是，我们获得了具有统计意义的数据量，使我们能够确定虽然HeLa细胞的平均粘附力更高，但两种类型的细胞均可在100-2500 nN范围内找到。
图2. HeLa细胞和CHO细胞群体中单个细胞粘附力的百分比分布
结论
FluidFM是一项成熟的技术，拥有100多篇同行评审的出版物，已被广泛用于多种应用领域，如植入式生物材料[9]、防污表面[10]或癌症研究[4]。现在，SCFS已在FluidFM OMNIUM系统上实现自动化，以更高的通量执行单细胞力谱。现在可以在仅一个实验日内处理具有统计意义的细胞数量，从而为每个单个细胞生成力-距离曲线。每次运行最多可处理50个细胞，不到2小时即可完成，确保了自动化拾取在允许自然细胞迁移的细胞培养条件下的细胞。与传统的SCFS相比，这提高了数量级的通量。使用FluidFM，可检测力范围也得到了显著提高。
本研究展示了群体中单个细胞的分布，并证明了在具有统计意义的规模上执行SCFS的必要性。通过这种新的自动化SCFS工作流程，可比较数百个细胞/条件下直接测量力的群体分布。此外，采样更多数量的细胞内群体可提高粘附力分布的分辨率，进而可以支持细胞亚群的数据分层或简单达到统计意义。在本研究中，我们展示了如何在半天内的工作时间内，以统计显著性比较CHO细胞与HeLa细胞的粘附力。
FluidFM技术概览
FluidFM是一项创新性的技术，它具有集成力学反馈的微流体探针（图3），可非常温和地自动化操纵单个细胞。该技术结合了原子力显微镜和纳米流体学，为单细胞应用等提供了一个通用的液体输送系统。
图3. 图中红色激光对施加力的提供反馈数据。
FluidFM探针具有不同的顶端形状和尺寸（图4），解锁了多种创新研究可能性。
Nanosyringe以其金字塔形的尖端和极为锋利的顶点设计而成，能够温和地穿透任何类型的细胞。它可用于将任何种类的可溶性化合物（如DNA、蛋白质、药物等）递送到细胞内，或者从单个细胞中提取胞质溶胶或核内容物，同时保持细胞的高存活率。
Micropipettes带有扁平尖端的微量移液管特别适合拾取和放置物体，包括细胞。其孔径大小从2微米到8微米不等，特别适合用于拾取哺乳动物细胞。
Nanopipettes在金字塔形尖端的顶点处设有一个300纳米的孔径，旨在实现精确的液体分配，从而能够在亚微米级别绘制图案，或者精确刺激细胞培养中的单个细胞。
图4. FluidFM探针配备有各种形状和大小的尖端，每个尖端都解锁了独特的研究可能性。
FluidFM OMNIUM是一个高度集成且直观的系统，具有简单的制备步骤以及广泛的自动化和观察功能。该系统简单易用，配备了全封闭细胞培养箱，实现了从简单制备到广泛自动化和观察功能的全面整合。
近期，多功能单细胞显微操作技术- FluidFM，连续发表三篇[11-13]重要论文堪称重磅之作。这些研究成果不仅展示了FluidFM技术在多个前沿领域的广泛应用潜力，还进一步推动了相关领域的发展。
参考文献
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