Moxi Go II助力哺乳动物细胞培养中细胞质量密度的均匀性和稳定性研究
如何破解细胞大小之谜，一直是生命科学领域的热门话题。很早就清楚细胞大小源于细胞生长和分裂的频率平衡，决定了细胞内的几何结构和细胞器大小，并影响细胞产生蛋白质和其他分子的方式，进而影响生物合成过程。同时细胞大小结合细胞周期的变化，反映了生物体新陈代谢和对环境的生理适应的变化。最近，诸多研究者聚焦于细胞大小中细胞质量或细胞体积的控制机制研究。细胞体积可通过库尔特原理或3D显微镜进行测量，单个细胞的质量定量则是直接记录浮力或干质量（主要由生物合成和降解的总和决定）。如果细胞体积在生长过程中与细胞干质量成比例，则细胞质量密度保持恒定，可以用细胞干质量除以细胞体积来计算。然而细胞的生命活动纷繁复杂，例如生长、分化或衰老，以及细胞类型不同，导致细胞大小和体积的变化，从而引起细胞干质量和细胞体积的比例关系随之改变。因此如何较为稳定的实现细胞质量密度的测量受到了研究者的关注。
最理想的方式是直接、准确地测量细胞的质量密度，但是现有的几种方式皆有局限性，误差较大。为此，来自哈佛医学院的Xili Liu等人开发了归一化拉曼成像-Normalized Raman Imaging （NoRI）。NoRI能够对活细胞或光学切片固定细胞中的蛋白质、脂质和水密度进行无标记的直接测量；总质量通过细胞体积上的质量密度积分，基于z堆叠图像计算，灵敏度可达15 mg/ml。相关研究以“The uniformity and stability of cellular mass density in mammalian cell culture“为题，发表在《Frontiers in Cell and Developmental Biology》上。
本研究采用三种不同类型的哺乳动物细胞系，HeLa (CCL-2人癌症细胞系），NIH3T3 (CRL-1658，狗上皮细胞系）和RPE-1 (CRL- 4000)，小鼠纤维细胞系），使用NoRI显微镜直接测量细胞中蛋白质和脂质的质量密度，研究质量密度如何对细胞外的渗透应激、蛋白质合成的抑制、蛋白质降解的抑制、细胞骨架破坏和其他生理状态变化等各种扰动做出反应。作者将上述三种细胞分别在饥饿培养基（无血清，渗透压350mOsm）、+200mOsm高渗培养基（总渗透压542 mOsm）、+400mOsm高渗培养基（总渗透压742 mOsm）、低渗培养基（渗透压158mOsm）以及雷帕霉素、环己酰胺、诺可唑和Ouabain八水合物等药物中进行处理，处理完成后对细胞的蛋白质合成速率、细胞增殖、SAβ-半乳糖苷酶活性和免疫荧光多项指标进行检测。SE蛋白染色法（固定细胞染色后通过荧光显微镜成像）估算细胞的干质量，Coulter原理测量细胞体积，NoRI显微镜测量细胞中蛋白质和脂质的质量密度以及细胞周期。检测相关图像及数据均由Matlab（Mathworks）或Image J（National Institute of Health）的自定义设置和分析。
文章中对于细胞体积的测量，采用了Orflo Technologies公司提供的Moxi Go II，库尔特原理的快速流式细胞仪，具体操作：0.05%或0.25%胰蛋白酶-EDTA胰蛋白酶消化细胞， 重悬于相应的药物或渗透压DMEM中，然后选择预设程序“细胞计数（仅限大小）”完成细胞体积的测量。在Moxi GOⅡ测量结果中，细胞样本中的碎片或死细胞可通过设置细胞的直径门控而排除掉。
部分结果如下：
图1. 在MDCK和HeLa细胞中，细胞大小随渗透扰动而变化：A，C，在MDCK（A）和HeLa（C）细胞中，通过SE蛋白染色估算的干质量变化。B，D，在MDCK（B）或HeLa（D）细胞中，通过库尔特原理测量的细胞体积变化。在低或+200mOsm高渗培养基中处理1小时或在3μM ouabain中处理5小时后测量细胞。N=8524-16257个细胞（干质量），N=3145-8000个细胞（体积）。（A-D）中的红色虚线表示对照样品的中位数。
图2. 细胞骨架扰动增加了HeLa和MDCK细胞中的蛋白质密度。细胞在5μM 细胞松弛素D（+CytoD）或5μM诺可唑（+Noco）中处理1小时。A，I，通过SE荧光估算细胞干质量。B，J，通过库尔特原理测量的细胞体积。C，K，通过OPP脉冲标记与SE蛋白质染色比率（OPP/SE）定量蛋白质合成速率。
研究者通过比较细胞体积、细胞干质量和细胞质量密度的变化系数发现，蛋白质和脂质密度在不同类型的细胞内表现都高度一致。虽然细胞质量密度在细胞周期中变化不大，但是和YAP（ Hippo通路中的关键转录辅因子）定位之间存在功能联系，又会因外部渗透胁迫、细胞骨架破坏以及细胞的衰老和饥饿等发生改变。这些差异反应可以帮助我们了解生理和病理条件下细胞大小和质量密度调节的本质。
Moxi GO II采用库尔特原理进行细胞计数和粒径测量，同时采用488nm激光光源，结合两个PMT通道，525/45nm通道和561nm/LP（或者646nm/LP，可根据需要更换），进行细胞活率、细胞凋亡、转染效率、活性氧簇、线粒体膜电位等常规流式检测。仪器设计小巧轻便，无需预热，开机即用，预设程序，触屏操控，运行后10秒即可给出测试结果，使用后也无需清洁维护。无论是经验丰富的流式专家，还是初试身手的实验小白，Moxi Go II都可以助您轻松完成实验。
环亚生物，生命科学产品全国性代理商，不断把国外顶级的创新产品引入中国。环亚生物具备完善的公司运营、产品管理、营销、售前技术支持和售后维修体系。环亚生物作为Orflo Technologies大中华区独家代理商，负责Orflo产品大中华区的营销和售后支持。
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https://doi.org/10.3389/fcell.2022.1017499
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