形態(tài)表面分析用于研究增殖性和毒性處理引起的細胞存活情況

利用形態(tài)測量學來確定細胞形態(tài)的變化，可以被視為篩選潛在藥物和有毒物質(zhì)的一種令人興奮的工具，可以區(qū)分兩種主要的細胞死亡模式。

在細胞凋亡和壞死過程中，治療的早期階段會發(fā)生劇烈的細胞體積變化。從生物物理學和治療學的角度來看，區(qū)分這些過程非常重要。細胞凋亡是一種程序性的細胞死亡過程，而壞死則是由于環(huán)境干擾而導致的意外死亡。當治療引起細胞凋亡而非壞死時，往往會有更好的結果。此外，細胞增殖過程會導致細胞體積的變化，作為細胞生長的一個衡量標準。

在這項研究中，我們展示了非侵入性的形態(tài)表面分析技術與經(jīng)過良好評估的生化方法相匹配，能夠清晰區(qū)分生理細胞和病理細胞。簡而言之，形態(tài)測量分析可以通過適當?shù)募{米顆粒（NPs）誘導的細胞體積變化作為增殖和細胞死亡的前兆，與傳統(tǒng)方法測量的細胞存活反應相兼容。

這個項目本質(zhì)上是跨學科的，因為它需要對不同材料及其與感興趣的生物實體的相互作用進行表征，正如團隊成員具有不同背景所示。由Ferrari博士領導的小組旨在研究液體-固體界面上兩親分子的潤濕過程、吸附和聚集，制備高度抗液體潤濕的涂層，并利用AFM和3D形態(tài)測量技術進行表征。由Morán博士領導的小組專注于控制釋放系統(tǒng)的開發(fā)以及其在2D（體積和底物）和3D條件下的體外表征。

圖2：共聚焦模式下的三維表面形貌圖像（20倍放大）和形態(tài)參數(shù)（L：長度和H：高度）（a），形狀因子（H/L比值）數(shù)值（b），以及根據(jù)光學表面形貌剖面數(shù)據(jù)和使用球冠模型作為細胞的幾何近似所估算的細胞體積。結果表示為十個獨立細胞的平均值±標準偏差。*p<0.001表示與對照細胞存在顯著差異，*p<0.001表示相同細胞系的不同處理之間存在顯著差異，≠p<0.001表示相同處理下不同細胞系之間存在顯著差異。（“3D profilometry and cell viability studies for drug response screening" by M. C. Morán, F. Cirisano and M. Ferrari is licensed under CCC）。

利用光學表面形貌測量，對細胞形態(tài)進行了分析，并且具有與MTT細胞存活檢測等常規(guī)方法相兼容的響應時間[6]。然而，這些分析可以避免由于MTT作用而導致的代謝活性變化而不改變可存活細胞數(shù)量的一些矛盾結果。此外，細胞存活率的測量結果來自每毫升104-105個細胞的代謝活性的算術平均值。這么多的細胞數(shù)量可能會阻礙對細胞形態(tài)變化在非常早期階段或細胞群體中的小部分的確定。

通過三維表面形貌測量確定單個細胞的體積是建立細胞死亡模式或機制的附加價值，這是其他技術（平方厘米級別）無法簡單檢測到的。這項技術可以被視為在篩選潛在藥物和毒性材料時觀察細胞形態(tài)變化的有趣工具，特別是在治療過程中非常短的時間內(nèi)，對細胞死亡的兩種主要模式進行區(qū)分，以提前預測治療藥物的成功預期。

生物醫(yī)學研究的成功在于將納米材料應用于疾病治療并開發(fā)用于診斷的工具。在這項工作中，3D光學表面形貌測量通過定性和定量分析，滿足了作為潛在治療或毒性藥物傳遞系統(tǒng)篩選工具的要求，促進細胞生長或誘導細胞死亡。這項工作是研究團隊**結合這兩個學科（治療和診斷）進行的發(fā)表。