FluidFM全自動智能化助力多個前沿領域發展_abio生物試劑品牌網
亮點聚焦
1.高通量測量：FluidFM OMNIUM系統能夠在每小時測量多達50個哺乳動物細胞的粘附力，顯著提升了單細胞力譜的通量。
2.廣泛的力學范圍：先進的FluidFM技術能夠測量高達3μN的粘附力，遠超傳統的力學范圍。
3.全自動化流程：從細胞抓取、力-距離曲線測量到細胞釋放和清洗，整個過程完全自動化，確保數據的一致性和可重復性。
4.高效數據分析：系統自動生成每個細胞的力-距離曲線，便于快速比較不同細胞群體的粘附力，助力細胞粘附機制的研究。
引言
細胞粘附在組織形成、維持和功能中扮演著至關重要的角色。細胞間的相互作用通過跨膜蛋白復合物（如鈣粘蛋白和整合素）介導，這些復合物不僅維持著細胞的連接，還在癌癥生物學中影響腫瘤的發生和轉移，并將促進新型靶向療法的開發。因此，量化活細胞粘附力對于理解細胞黏附的生理機制至關重要。
傳統的單細胞力譜（SCFS）技術依賴于原子力顯微鏡（AFM），雖然能夠精確測量活細胞粘附強度，但其通量低、操作復雜、且需要繁瑣的細胞固定步驟。FluidFM技術的引入徹底改變了這一局面，它不僅消除了對細胞涂層和功能化的需求，還大幅提高了測量通量和力學范圍（可高達3 μN）。
傳統SCFS與FluidFM的比較
傳統單細胞力譜（SCFS）
傳統SCFS通過將細胞固定在AFM懸臂上，測量細胞與基地之間的粘附力。盡管該方法能夠提供準確力-距離曲線，但其通量極低，每天僅能測量幾個細胞。此外，細胞固定過程非常耗時且需要豐富的經驗，限制了其在高通量研究中的應用。
FluidFM技術
FluidFM技術通過微流體探針實現了對貼壁細胞的自動化抓取和釋放，無需復雜的細胞固定步驟。微吸管通過施加負壓即可輕松拾取貼壁細胞，并在測量后自動釋放細胞，整個過程完全自動化[1-8]。這一創新不僅顯著提高了通量，還擴展了可檢測的力學范圍，最高可達3 μN。
多功能單細胞顯微操作系統- FluidFM OMNIUM
FluidFM OMNIUM系統的全自動化工作流程
FluidFM OMNIUM系統將單細胞力譜提升到了全新的水平。整個抓取貼壁細胞、使其與表面分離、測量力-距離曲線、釋放細胞以及清洗步驟的過程在FluidFM OMNIUM儀器上完全自動化。系統允許在6-24孔板格式中每小時測量多達50個細胞，整個過程無需人工干預。下文案例我們將展示使用新型自動化SCFS工作流程對100個哺乳動物細胞（CHO和HeLa）進行的粘附力測量。
圖1. 使用FluidFM OMNIUM測量哺乳動物細胞粘附力的自動化單細胞力譜（SCFS）工作流程。通過Arya軟件手動指向并點擊細胞來完成細胞選擇。整個工作流程——包括抓取貼壁細胞、將其從表面分離、測量力-距離曲線，以及隨后的清洗微吸管步驟——均實現全自動化。
實驗設置與結果
在本研究中，作者使用FluidFM OMNIUM系統對CHO和HeLa細胞的粘附力進行了測量。細胞在12孔板的兩個單獨孔中過夜粘附。細胞以70%匯合度接種在含有10%胎牛血清（FBS）和1%青霉素/鏈霉素的DMEM-F12培養基中，在37°C和5% CO2條件下培養。孵育后，用DPBS洗滌孔，并將培養基更換為1毫升無CO2的L15培養基。然后將板放入FluidFM OMNIUM系統的樣品支架中，并保持恒定37°C。
在選擇細胞和定義分離參數后，整個實驗自動進行。目標細胞以預定速度接近懸臂，然后施加負壓，隨后懸臂回縮，使貼壁細胞從板表面分離。達到預設回縮距離后，樣品臺將懸臂移動到包含洗滌溶液的系列孔中，釋放細胞并清洗微吸管。
使用FluidFM OMNIUM中預編程的軟件模塊，自動測量了100條力-距離曲線，分別來自HeLa和CHO細胞群體。每次運行50個細胞的時間如圖2所示，對于HeLa和CHO細胞均如此。顯然，在兩種情況下，長尾分布中均存在一個單峰，這與先前文獻[3]相符。在兩種情況下，都發現了一小部分粘附力非常強的細胞，其粘附力是群體平均值的數倍。兩種細胞類型的粘附力范圍大致相同，從約100 nN到2500 nN。同時，HeLa群體分布的峰值向更高的粘附力方向移動。因此，如果我們匯總所有粘附力值，會發現顯著差異（p<0.05，雙尾t檢驗）。更重要的是，我們獲得了具有統計意義的數據量，使我們能夠確定雖然HeLa細胞的平均粘附力更高，但兩種類型的細胞均可在100-2500 nN范圍內找到。
圖2. HeLa細胞和CHO細胞群體中單個細胞粘附力的百分比分布
結論
FluidFM是一項成熟的技術，擁有100多篇同行評審的出版物，已被廣泛用于多種應用領域，如植入式生物材料[9]、防污表面[10]或癌癥研究[4]。現在，SCFS已在FluidFM OMNIUM系統上實現自動化，以更高的通量執行單細胞力譜。現在可以在僅一個實驗日內處理具有統計意義的細胞數量，從而為每個單個細胞生成力-距離曲線。每次運行最多可處理50個細胞，不到2小時即可完成，確保了自動化拾取在允許自然細胞遷移的細胞培養條件下的細胞。與傳統的SCFS相比，這提高了數量級的通量。使用FluidFM，可檢測力范圍也得到了顯著提高。
本研究展示了群體中單個細胞的分布，并證明了在具有統計意義的規模上執行SCFS的必要性。通過這種新的自動化SCFS工作流程，可比較數百個細胞/條件下直接測量力的群體分布。此外，采樣更多數量的細胞內群體可提高粘附力分布的分辨率，進而可以支持細胞亞群的數據分層或簡單達到統計意義。在本研究中，我們展示了如何在半天內的工作時間內，以統計顯著性比較CHO細胞與HeLa細胞的粘附力。
FluidFM技術概覽
FluidFM是一項創新性的技術，它具有集成力學反饋的微流體探針（圖3），可非常溫和地自動化操縱單個細胞。該技術結合了原子力顯微鏡和納米流體學，為單細胞應用等提供了一個通用的液體輸送系統。
圖3. 圖中紅色激光對施加力的提供反饋數據。
FluidFM探針具有不同的頂端形狀和尺寸（圖4），解鎖了多種創新研究可能性。
Nanosyringe以其金字塔形的尖端和極為鋒利的頂點設計而成，能夠溫和地穿透任何類型的細胞。它可用于將任何種類的可溶性化合物（如DNA、蛋白質、藥物等）遞送到細胞內，或者從單個細胞中提取胞質溶膠或核內容物，同時保持細胞的高存活率。
MicroPIpettes帶有扁平尖端的微量移液管特別適合拾取和放置物體，包括細胞。其孔徑大小從2微米到8微米不等，特別適合用于拾取哺乳動物細胞。
Nanopipettes在金字塔形尖端的頂點處設有一個300納米的孔徑，旨在實現精確的液體分配，從而能夠在亞微米級別繪制圖案，或者精確刺激細胞培養中的單個細胞。
圖4. FluidFM探針配備有各種形狀和大小的尖端，每個尖端都解鎖了獨特的研究可能性。
FluidFM OMNIUM是一個高度集成且直觀的系統，具有簡單的制備步驟以及廣泛的自動化和觀察功能。該系統簡單易用，配備了全封閉細胞培養箱，實現了從簡單制備到廣泛自動化和觀察功能的全面整合。
近期，多功能單細胞顯微操作技術- FluidFM，連續發表三篇[11-13]重要論文堪稱重磅之作。這些研究成果不僅展示了FluidFM技術在多個前沿領域的廣泛應用潛力，還進一步推動了相關領域的發展。
相關產品
多功能單細胞顯微操作系統- FluidFM OMNIUM
多功能單細胞顯微操作系統FluidFM OMNIUM_報價/價格/性能參數/圖, 瑞士/Cytosurge_生物器材網
參考文獻
1. Niedermann, P., ... & Zambelli, T. (2009). FluidFM: combining atomic force microscopy and nanofluidics in a universal liquid delivery system for single cell applications and beyond.?Nano letters,?9(6), 2501-2507.
2. Sader, J. E., Chon, J. W., & Mulvaney, P. (1999). Calibration of rectangular atomic force microscope cantilevers.?Review of scientific instruments,?70(10), 3967-3969.
3. Sztilkovics, M., Gerecsei, T., Peter, B., Saftics, A., Kurunczi, S., Szekacs, I., ... & Horvath, R. (2020). Single-cell adhesion force kinetics of cell populations from combined label-free optical microscopy.?Scientific reports,?10(1), 1-13.
4. A.G. Nagy, N. Kanyó, A. V?r?s, I. Székács, A. Bonyár & R. Horvath. Population distributions of single-cell adhesion parameters during the cell cycle from high-throughput robotic fluidic force microscopy. (2022). Scientific Reports. doi: 10.1038/s41598-022-11770-z
5. Simona, B. R., Hirt, L., Demkó, L., Zambelli, T., V?r?s, J., Ehrbar, M., & Milleret, V. (2015). Density gradients at hydrogel interfaces for enhanced cell penetration.?Biomaterials Science,?3(4), 586-591.
6. Sancho, A., Taskin, M. B., Wistlich, L., Stahlhut, P., Wittmann, K., Rossi, A., & Groll, J. (2022). Cell Adhesion Assessment Reveals a Higher Force per Contact Area on Fibrous Structures Compared to Flat Substrates.?ACS Biomaterials Science & Engineering,?8(2), 649-658.
7. Li, W., Sancho, A., Chung, W. L., Vinik, Y., Groll, J., Zick, Y., ... & Geiger, B. (2021). Differential cellular responses to adhesive interactions with galectin-8-and fibronectin-coated substrates.?Journal of cell science,?134(8).
8. Chala, N., Moimas, S., Giampietro, C., Zhang, X., Zambelli, T., Exarchos, V., ... & Ferrari, A. (2021). Mechanical Fingerprint of Senescence in Endothelial Cells.?Nano Letters,?21(12), 49114920.
9. Potthoff, E., Franco, D., D’Alessandro, V., Starck, C., Falk, V., Zambelli, T., ... & Ferrari, A. (2014). Toward a rational design of surface textures promoting endothelialization.?Nano letters,?14(2), 1069-1079.
10. Rahim, M. I., Doll, K., Stumpp, N. S., Eisenburger, M., & Stiesch, M. (2021). Multilayered adsorption of commensal microflora on implant surfaces: An unconventional and innovative method to prevent bacterial infections associated with biomaterials.?Advanced Materials Interfaces,?8(23), 2101410.
11. Yang Y, Wen D, Lin F, Song X, Pang R, Sun W, Yu D, Zhang Z, Yu T, Kong J, Zhang L, Cao X, Liao W, Wang D, Yang Q, Liang J, Zhang N, Li K, Xiong C, Liu Y. (2024) Suppression of non-muscle myosin II boosts T cell cytotoxicity agAInst tumors. Science Advances.
12. Huang Y, Celik U, Xu Z, Speer D, Ossola D, Faller R, Parikh AN, Liu G-Y. (2024) Controlled Assembly of Lipid Molecules via Regulating Transient Spatial Confinement. Chemistry.
Liu X, Min Q, Cheng X, Zhang W, Wu Q, Chen X, Lv M, Liu S, Zhao H, Yang D, Tai Y, Lei X, Wang Y, Zhan Q. (2024) Quiescent cancer cells induced by high-density cultivation reveals cholesterol-mediated survival and lung metastatic traits. British Journal of Cancer.
1.高通量測量：FluidFM OMNIUM系統能夠在每小時測量多達50個哺乳動物細胞的粘附力，顯著提升了單細胞力譜的通量。
2.廣泛的力學范圍：先進的FluidFM技術能夠測量高達3μN的粘附力，遠超傳統的力學范圍。
3.全自動化流程：從細胞抓取、力-距離曲線測量到細胞釋放和清洗，整個過程完全自動化，確保數據的一致性和可重復性。
4.高效數據分析：系統自動生成每個細胞的力-距離曲線，便于快速比較不同細胞群體的粘附力，助力細胞粘附機制的研究。
引言
細胞粘附在組織形成、維持和功能中扮演著至關重要的角色。細胞間的相互作用通過跨膜蛋白復合物（如鈣粘蛋白和整合素）介導，這些復合物不僅維持著細胞的連接，還在癌癥生物學中影響腫瘤的發生和轉移，并將促進新型靶向療法的開發。因此，量化活細胞粘附力對于理解細胞黏附的生理機制至關重要。
傳統的單細胞力譜（SCFS）技術依賴于原子力顯微鏡（AFM），雖然能夠精確測量活細胞粘附強度，但其通量低、操作復雜、且需要繁瑣的細胞固定步驟。FluidFM技術的引入徹底改變了這一局面，它不僅消除了對細胞涂層和功能化的需求，還大幅提高了測量通量和力學范圍（可高達3 μN）。
傳統SCFS與FluidFM的比較
傳統單細胞力譜（SCFS）
傳統SCFS通過將細胞固定在AFM懸臂上，測量細胞與基地之間的粘附力。盡管該方法能夠提供準確力-距離曲線，但其通量極低，每天僅能測量幾個細胞。此外，細胞固定過程非常耗時且需要豐富的經驗，限制了其在高通量研究中的應用。
FluidFM技術
FluidFM技術通過微流體探針實現了對貼壁細胞的自動化抓取和釋放，無需復雜的細胞固定步驟。微吸管通過施加負壓即可輕松拾取貼壁細胞，并在測量后自動釋放細胞，整個過程完全自動化[1-8]。這一創新不僅顯著提高了通量，還擴展了可檢測的力學范圍，最高可達3 μN。
多功能單細胞顯微操作系統- FluidFM OMNIUM
FluidFM OMNIUM系統的全自動化工作流程
FluidFM OMNIUM系統將單細胞力譜提升到了全新的水平。整個抓取貼壁細胞、使其與表面分離、測量力-距離曲線、釋放細胞以及清洗步驟的過程在FluidFM OMNIUM儀器上完全自動化。系統允許在6-24孔板格式中每小時測量多達50個細胞，整個過程無需人工干預。下文案例我們將展示使用新型自動化SCFS工作流程對100個哺乳動物細胞（CHO和HeLa）進行的粘附力測量。
圖1. 使用FluidFM OMNIUM測量哺乳動物細胞粘附力的自動化單細胞力譜（SCFS）工作流程。通過Arya軟件手動指向并點擊細胞來完成細胞選擇。整個工作流程——包括抓取貼壁細胞、將其從表面分離、測量力-距離曲線，以及隨后的清洗微吸管步驟——均實現全自動化。實驗設置與結果
在本研究中，作者使用FluidFM OMNIUM系統對CHO和HeLa細胞的粘附力進行了測量。細胞在12孔板的兩個單獨孔中過夜粘附。細胞以70%匯合度接種在含有10%胎牛血清（FBS）和1%青霉素/鏈霉素的DMEM-F12培養基中，在37°C和5% CO2條件下培養。孵育后，用DPBS洗滌孔，并將培養基更換為1毫升無CO2的L15培養基。然后將板放入FluidFM OMNIUM系統的樣品支架中，并保持恒定37°C。
在選擇細胞和定義分離參數后，整個實驗自動進行。目標細胞以預定速度接近懸臂，然后施加負壓，隨后懸臂回縮，使貼壁細胞從板表面分離。達到預設回縮距離后，樣品臺將懸臂移動到包含洗滌溶液的系列孔中，釋放細胞并清洗微吸管。
使用FluidFM OMNIUM中預編程的軟件模塊，自動測量了100條力-距離曲線，分別來自HeLa和CHO細胞群體。每次運行50個細胞的時間如圖2所示，對于HeLa和CHO細胞均如此。顯然，在兩種情況下，長尾分布中均存在一個單峰，這與先前文獻[3]相符。在兩種情況下，都發現了一小部分粘附力非常強的細胞，其粘附力是群體平均值的數倍。兩種細胞類型的粘附力范圍大致相同，從約100 nN到2500 nN。同時，HeLa群體分布的峰值向更高的粘附力方向移動。因此，如果我們匯總所有粘附力值，會發現顯著差異（p<0.05，雙尾t檢驗）。更重要的是，我們獲得了具有統計意義的數據量，使我們能夠確定雖然HeLa細胞的平均粘附力更高，但兩種類型的細胞均可在100-2500 nN范圍內找到。
圖2. HeLa細胞和CHO細胞群體中單個細胞粘附力的百分比分布
結論
FluidFM是一項成熟的技術，擁有100多篇同行評審的出版物，已被廣泛用于多種應用領域，如植入式生物材料[9]、防污表面[10]或癌癥研究[4]。現在，SCFS已在FluidFM OMNIUM系統上實現自動化，以更高的通量執行單細胞力譜。現在可以在僅一個實驗日內處理具有統計意義的細胞數量，從而為每個單個細胞生成力-距離曲線。每次運行最多可處理50個細胞，不到2小時即可完成，確保了自動化拾取在允許自然細胞遷移的細胞培養條件下的細胞。與傳統的SCFS相比，這提高了數量級的通量。使用FluidFM，可檢測力范圍也得到了顯著提高。
本研究展示了群體中單個細胞的分布，并證明了在具有統計意義的規模上執行SCFS的必要性。通過這種新的自動化SCFS工作流程，可比較數百個細胞/條件下直接測量力的群體分布。此外，采樣更多數量的細胞內群體可提高粘附力分布的分辨率，進而可以支持細胞亞群的數據分層或簡單達到統計意義。在本研究中，我們展示了如何在半天內的工作時間內，以統計顯著性比較CHO細胞與HeLa細胞的粘附力。
FluidFM技術概覽
FluidFM是一項創新性的技術，它具有集成力學反饋的微流體探針（圖3），可非常溫和地自動化操縱單個細胞。該技術結合了原子力顯微鏡和納米流體學，為單細胞應用等提供了一個通用的液體輸送系統。
圖3. 圖中紅色激光對施加力的提供反饋數據。
FluidFM探針具有不同的頂端形狀和尺寸（圖4），解鎖了多種創新研究可能性。
Nanosyringe以其金字塔形的尖端和極為鋒利的頂點設計而成，能夠溫和地穿透任何類型的細胞。它可用于將任何種類的可溶性化合物（如DNA、蛋白質、藥物等）遞送到細胞內，或者從單個細胞中提取胞質溶膠或核內容物，同時保持細胞的高存活率。
MicroPIpettes帶有扁平尖端的微量移液管特別適合拾取和放置物體，包括細胞。其孔徑大小從2微米到8微米不等，特別適合用于拾取哺乳動物細胞。
Nanopipettes在金字塔形尖端的頂點處設有一個300納米的孔徑，旨在實現精確的液體分配，從而能夠在亞微米級別繪制圖案，或者精確刺激細胞培養中的單個細胞。
圖4. FluidFM探針配備有各種形狀和大小的尖端，每個尖端都解鎖了獨特的研究可能性。FluidFM OMNIUM是一個高度集成且直觀的系統，具有簡單的制備步驟以及廣泛的自動化和觀察功能。該系統簡單易用，配備了全封閉細胞培養箱，實現了從簡單制備到廣泛自動化和觀察功能的全面整合。
近期，多功能單細胞顯微操作技術- FluidFM，連續發表三篇[11-13]重要論文堪稱重磅之作。這些研究成果不僅展示了FluidFM技術在多個前沿領域的廣泛應用潛力，還進一步推動了相關領域的發展。
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多功能單細胞顯微操作系統FluidFM OMNIUM_報價/價格/性能參數/圖, 瑞士/Cytosurge_生物器材網
參考文獻
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6. Sancho, A., Taskin, M. B., Wistlich, L., Stahlhut, P., Wittmann, K., Rossi, A., & Groll, J. (2022). Cell Adhesion Assessment Reveals a Higher Force per Contact Area on Fibrous Structures Compared to Flat Substrates.?ACS Biomaterials Science & Engineering,?8(2), 649-658.
7. Li, W., Sancho, A., Chung, W. L., Vinik, Y., Groll, J., Zick, Y., ... & Geiger, B. (2021). Differential cellular responses to adhesive interactions with galectin-8-and fibronectin-coated substrates.?Journal of cell science,?134(8).
8. Chala, N., Moimas, S., Giampietro, C., Zhang, X., Zambelli, T., Exarchos, V., ... & Ferrari, A. (2021). Mechanical Fingerprint of Senescence in Endothelial Cells.?Nano Letters,?21(12), 49114920.
9. Potthoff, E., Franco, D., D’Alessandro, V., Starck, C., Falk, V., Zambelli, T., ... & Ferrari, A. (2014). Toward a rational design of surface textures promoting endothelialization.?Nano letters,?14(2), 1069-1079.
10. Rahim, M. I., Doll, K., Stumpp, N. S., Eisenburger, M., & Stiesch, M. (2021). Multilayered adsorption of commensal microflora on implant surfaces: An unconventional and innovative method to prevent bacterial infections associated with biomaterials.?Advanced Materials Interfaces,?8(23), 2101410.
11. Yang Y, Wen D, Lin F, Song X, Pang R, Sun W, Yu D, Zhang Z, Yu T, Kong J, Zhang L, Cao X, Liao W, Wang D, Yang Q, Liang J, Zhang N, Li K, Xiong C, Liu Y. (2024) Suppression of non-muscle myosin II boosts T cell cytotoxicity agAInst tumors. Science Advances.
12. Huang Y, Celik U, Xu Z, Speer D, Ossola D, Faller R, Parikh AN, Liu G-Y. (2024) Controlled Assembly of Lipid Molecules via Regulating Transient Spatial Confinement. Chemistry.
Liu X, Min Q, Cheng X, Zhang W, Wu Q, Chen X, Lv M, Liu S, Zhao H, Yang D, Tai Y, Lei X, Wang Y, Zhan Q. (2024) Quiescent cancer cells induced by high-density cultivation reveals cholesterol-mediated survival and lung metastatic traits. British Journal of Cancer.
