細胞黏附的基本概念

• 細胞黏附的定義和重要性：細胞黏附是指細胞與細胞或細胞與細胞外基質（ECM）之間的相互作用，這一過程在細胞通訊、組織發育和維持中起著關鍵作用。細胞黏附影響細胞分化、細胞周期、細胞遷移和細胞存活等。

  圖1. 外部拉伸力作用下，焦點粘附部位激活的整合素和細胞外基質-整合素-細胞骨架連接的示意圖。

  
  

• 細胞黏附的類型：根據細胞與基質或細胞間的相互作用，細胞黏附可分為細胞-基質黏附和細胞-細胞黏附。

  
  圖2. 細胞粘附附著事件的示意圖，用于(a)通過分子鍵的形成對單個細胞的研究；(b)通過靜態粘附（例如，洗滌試驗技術）對細胞群體的研究；以及(c)通過動態粘附（例如，微流控技術）對細胞群體的研究

• 黏附強度的變化：在多種疾病（如癌癥、關節炎、骨質疏松等）中，細胞黏附性質會發生改變。例如，癌細胞的黏附性通常降低，這與其侵襲和轉移能力相關。

  
  

細胞黏附的研究方法

文章將細胞黏附的研究方法分為兩大類：細胞黏附附著事件和細胞黏附脫離事件。

細胞黏附附著事件

• 單細胞研究方法：

• 聚丙烯酰胺牽引力顯微鏡（PA-TFM）：通過嵌入熒光微珠的聚丙烯酰胺凝膠測量細胞產生的牽引力。

• 微圖案技術（Micropatterning）：利用微米級的三維微環境研究細胞對特定微環境線索的響應。

• 三維牽引力量化（3D-TFM）：在三維基質中研究細胞遷移和收縮行為。

• 群體細胞研究方法：

• 洗滌法（Wash Assay）：通過洗滌步驟后分析細胞的黏附情況。

• 共振頻率技術：利用石英晶體微量天平等設備實時監測細胞黏附和擴展。

• 微流控技術：模擬體內流體環境，研究細胞在動態條件下的黏附行為。

細胞黏附脫離事件

• 單細胞研究方法：

• 細胞脫離技術（Cytodetachment）：使用原子力顯微鏡（AFM）探針物理脫離單個細胞。

• 微管吸吮技術（Micropipette Aspiration）：通過施加負壓使細胞從基底脫離。

• 單細胞力譜技術（SCFS）：包括AFM探針、生物膜探針（BFP）和光鑷（Optical Tweezers）等，用于測量單個細胞的黏附強度。

• 群體細胞研究方法：

• 離心法（Centrifugation Assay）：通過離心力使細胞脫離基底。

• 旋轉圓盤技術（Spinning Disk）：利用旋轉產生的剪切力研究細胞黏附強度。

• 流動室技術（Flow Chamber）：包括徑向流動室和平行板流動室，通過流體剪切力使細胞脫離。

• 微流控技術：結合微流控設備研究群體細胞的黏附強度。

  
  圖3. 細胞粘附和脫落事件的示意圖，用于(a)通過分子鍵的破壞（例如SCFS、微吸管技術和光學鑷子技術）進行單細胞研究；(b)通過靜態粘附（例如離心技術）進行細胞群體研究；以及(c)通過動態粘附（例如旋轉盤、流室和微流控技術）進行細胞群體研究。

細胞黏附研究的應用領域

• 生物材料研究：評估材料的生物相容性，開發用于組織工程和再生醫學的支架材料。

• 藥物治療和癌癥研究：研究藥物對細胞黏附的影響，探索癌癥轉移的機制。

• 組織工程：開發“芯片上的組織”和“芯片上的器官”模型，用于生物醫學研究。

• 疾病診斷：通過分析細胞黏附性質的變化，開發早期疾病診斷的生物標志物。

  圖4. 黏附研究的重要性及其應用的總結。

優勢與局限性

文章總結了各種細胞黏附研究技術的優勢和局限性。例如，單細胞方法能夠提供精確的測量結果，但通常需要昂貴的設備和熟練的操作人員；而群體細胞方法雖然能夠提供群體細胞的平均響應，但無法揭示單個細胞的特性。

結論與未來方向

文章強調了細胞黏附研究的重要性，并指出未來的研究方向可能包括開發更簡單、低成本的技術，以及利用單細胞分析推動早期疾病診斷和治療的發展。