高通量单细胞器官功能测量纳米水凝胶3D培养

高通量单细胞、器官功能测量及纳米水凝胶培养系统是first个可以模拟心肌细胞生理形状以及器官组织刚性的全自动测量单细胞牵引力的高通量平台。能够从细胞微观水平到组织宏观水平评估各种各样的运动范围、细胞运动轨迹、单个细胞力、硬度及离子浓度，如一个孔内一个小时测100个以上单细胞的收缩运动情况。测量对象包括多种贴壁细胞，如人源干细胞分化心肌细胞（IPS-CMs）、急性分离乳鼠细胞、骨骼肌细胞、平滑肌细胞，还包括小型细胞团，类器官等。

柔性图案化水凝胶技术

first个可以模拟心肌细胞生理形状以及器官组织刚性的全自动测量单细胞牵引力的高通量平台。在unqiue研发的水凝胶基底上诱导人源多能干细胞分化心肌细胞（hiPSC-CM）分化。允许科研人员针对细胞形态、细胞张缩力、张缩速度、张缩功率、钙瞬变等参数达到每小时100个单细胞的数据采集，真正实现高通量测试。

图案化水凝胶

单个hiPSC-CM心肌细胞张缩数据的收集与计算

柔性图案化水凝胶技术

圆形水凝胶                                     IPS-CMs细胞阵列                              IPS-CMs单细胞

离子通道检测／钙波／钙火花

测试多种细胞参数

支持多种参数的测试

• 搜索距离• 收缩力• 应变能• 收缩/舒张时间• 收缩时刻• 自动峰拟合• 牵引力Heatmap预览• 牵引频率与方向

应用-心脏

肥厚型心肌病（HCM）舒张功能障碍（DD）细胞功能检测

采用BAG3突变多能干细胞分化心肌细胞（mipsc-cms）构建疾病模型

小鼠中敲除BAG3基因产生的结果不一致，可能无法作为理想模型。故采用BAG3突变mipsc-cms构建疾病模

型进行研究。将心肌细胞接种到7:1的矩形基质上（10 kPa），发现收缩力降低，收缩距离显著减少。

水凝胶模拟体内环境研究

水凝胶模拟体内环境研究不同刚性水凝胶上敷设图案化培养基，可以诱导IPSC-CM生长至特定的形态，更接近人体CMs且微环境相仿，可作为优秀的研究平台

HCells培养测量系统研究GATA4基因在心肌细胞中的作用

10kPa条件下模拟人体内环境培养ips-cms，测量细胞收缩频率，位移，收缩力及钙通量

和动作电位。结果显示GATA4基因的杂合子突变会明显影响心肌细胞的发育过程。

干扰RNA (RNAi)治疗小鼠模型中MYL2致限制性心肌病

图案化水凝胶培养小鼠心肌细胞，可获得细胞收缩速度、收缩距离及钙重摄速率. 结果显示

RNAi治疗人类限制性心肌病的可行性、有效性和安全性。

Circulation, 2019, 140(9): 765-778.

应用-眼睛

HCells 培养测量系统研究原发性开角型青光眼发病机理-施累姆氏管内皮细胞

HCells 培养测量系统对施累姆氏管内皮细胞进行测量，表明细胞在受到肾上腺素等降眼压药物的作用下可以降低细胞力，从而指导治疗青光眼的药物研发。

HCells 培养测量系统研究原发性开角型青光眼发病机理-小梁网

HCells 培养测量系统可以对小梁网细胞进行收缩能力测试，经过miRNA治疗后，在测量系统中可以明显观察到治疗前后小梁网细胞中细胞力的变

化，从而证明药物的有效性，因此HCells 力学测量系统可以用于治疗青光眼的药物筛选。

HCells 力学测量系统研究近视与角膜细胞的关系

HCells 培养测量系统可以研究眼部角膜细胞的细胞力变化情况，通过观察近视前后角膜细胞的细胞力的变化，发现近视与角膜细胞细胞力

存在联系， 从而可以利用HCells 力学测量系统揭示近视恶化情况。

应用-肿瘤

HCells 培养测量系统研究肿瘤侵袭性-膀胱癌

HCells 培养测量系统可以测试癌细胞在迁移过程中与基质的相互作用力，在膀胱癌中，根据不同类型膀胱癌细胞与基质的作用力大小不同可以辨别癌细胞的侵袭性的大小

HCells 培养测量系统研究肿瘤易侵袭机理-成纤维细胞

HCells 培养测量系统可以对成纤维细胞进行测试，研究正常以及癌变后成纤维细胞的细胞力及位移。通过HCells 力学测量系统从细胞与基

底作用力及细胞位移方面对癌细胞侵袭机制作出解释。

HCells 培养测量系统研究肿瘤侵袭过程机理-乳腺癌

HCells 培养测量系统可以研究乳腺癌细胞随时间对基底作用力的变化情况，发现癌细胞随时间延长，对基底作用力逐渐降低，进而解释癌细胞转移的相关机理。

应用-免疫及分化

HCells 培养测量系统研究免疫细胞运动规律-嗜中性粒细胞

HCells 培养测量系统可以对不同硬度水凝胶下的细胞运动进行测量，例如免疫细胞中嗜中性粒细胞，系统详细表征出细胞运动过程中的细胞力分布状态以及细胞运动位移及速度。

HCells 培养测量系统研究细胞分化-前脂肪细胞

HCells 培养测量系统可以用于长时间研究细胞分化过程中的细胞力学及细胞位置的变化过程，例如前脂肪细胞的分化过程中利用系统可以详细表征出细胞的形态及力学的变化过程，并且可以进行为期14天的细胞培养及分化测试。

应用-循环系统

HCells 培养测量系统研究循环系统-血小板

HCells 培养测量系统具有单个细胞测量，实时成像的特点，在血小板的测量中可以更加精确的对血小板凝聚过程进行测量，并且对细胞内部的施力方向进行详细分析。

HCells 培养测量系统研究循环系统-血管内皮细胞

HCells培养系统对血管内皮细胞可以提供不同刚性水凝胶模拟不同年龄下的细胞外基质刚性，并通过力学测量系统可以进一步研究出内皮

细胞中细胞力与年龄之间的关系，从而对因年龄引起的动脉粥状硬化等疾病产生指导意义。

高通量单细胞器官功能测量纳米水凝胶3D培养

关键词：细胞力学，收缩力，兴奋耦联，单细胞，水凝胶，类器官 ，钙瞬变，细胞力快速检测，细胞贴壁，心肌细胞测试，可控硬度培养皿,牵引力显微镜，细胞力，细胞收缩，机械生物学，单细胞检测，3D细胞培养，细胞迁移，细胞形态，离子浓度, 电刺激，高通量筛选，心肌细胞，内皮细胞，平滑肌细胞，成纤维细胞，癌细胞，免疫细胞，干细胞