一种新技术填补单细胞结合力检测空白，帮助我们理解疾病

细胞表面受体和细胞外配体之间的相互作用是机体过程的基础。新的方法可以在单细胞水平上测量配体-受体的结合力。很少有人能测量单个细胞的剪切结合亲和力。一种新的光学技术称为单细胞旋转粘附频率测定(scRAFA)已发展填补空白。该方法可用于研究细胞表面受体的空间组织和诊断传染病。

　　

   

   

图:单细胞旋转粘附频率测定(scRAFA)测量在基底附近进行光驱动平面外旋转的细胞的粘附动力学。    

配体-受体结合对免疫和传染病等生物学过程很重要。例如，白细胞可以通过与内皮细胞上的P选择素结合进入受损组织。COVID-19是由病毒刺突和宿主细胞上的血管紧张素转换酶2 (angiotensin-converting enzyme 2, ACE2)结合引起的。已经开发了不同类型的单细胞试验来研究结合或粘附动力学。

然而，不同方法测定的P选择素和ACE2之间的结合差异是显著的。它来自于被测样品具有不同长度的相互作用分子，连接分子，或分子固定化方案。这影响了键的解离动力学。现有的方法是通过破坏胶粘剂接触来测量细胞界面法线方向的拉力。这些方法与实际情况相差甚远在活的有机体内细胞粘附状态。

在活的有机体内细胞粘附比现有的方法更复杂。最初，电池会在一个倾斜的方向上预先附着。然后细胞会经历流体诱导的剪切力，使受体和配体相互滑动。滑动促进了原有连接断裂后新的相互作用的形成。配体与受体之间的作用力方向是切向或平行于底物，导致细胞的粘附行为不同。

初步研究表明，整合素需要侧向力来介导细胞间的相互作用。t细胞受体可以在接触界面产生切向力。为了研究这种情况，采用了泵控剪切流的微流体腔。

流动室分析，使用现有的技术，不能精确地控制细胞-底物距离。由于细胞流动的随机分布，它们也不能针对特定的细胞。它只能分析在微流控下随机滚动的一小部分细胞的粘附动力学。在流式室法中，粘附测量时间无法控制。这个时间通常相当于细胞与腔壁接触到细胞与腔壁形成初始粘接的时间，限制了细胞粘接分析的精度。

发表在eLight，德克萨斯大学奥斯汀分校的郑月兵副教授带领的科学家团队研究了细胞表面受体的控制(图1)。他们的论文题为“光驱动单细胞旋转粘附频率测定”，展示了一种独特的技术，可能会极大地改变科学在这一领域的方法。

它使临床解决方案中几乎任何目标单个细胞粘附的无标记和亚细胞分辨率量化。该团队的scRAFA测量了在基底附近进行光驱动的面外旋转的细胞的粘附力。他们的方法与传统的方法显著不同，传统方法通过在正常方向上破坏粘接接触来测量粘接动力学，

研究人员通过光学旋转的无缝融合和在单一平台上捕获特定细胞。它允许团队持续监测完整的细胞粘附过程，从开始与基板粘合到形成永久附着(图2)。它们还能精确控制底物配体与细胞受体之间的相互作用距离，首次用于测量横向粘附动力学。因此，scRAFA实现了原位高精度测量复杂临床样本中靶向细胞剪切粘附力。

光驱动scRAFA系统集成了一系列功能，包括光学捕获、旋转、成像和光谱学。他们的scRAFA可以在复杂的液体中精确定位目标生物进行粘附测量。它还可以识别生物结构和其他功能的额外光学特征。这种功能简化了在单一生物体层次上建立完整的结构-功能关系。

具有均匀和非均匀表面的细胞的旋转粘附力和剪切力测量。揭示单细胞结构和功能异质性的能力是研究细胞微域、聚类和栓系的关键。它们的粘附分析也有助于理解免疫反应和细菌感染。

最重要的是，它们的scRAFA可以应用于不同生理条件下的生物体(图3)。由于激光功率可调的流体流量和旋转力矩，它甚至可以揭示剪切力依赖的粘附行为。初步研究表明，他们的scRAFA可以区分培养的酵母细胞和临床样本的粘附行为。

scRAFA的更广泛应用将需要进一步模拟生物体及其与底物的相互作用。由于其优越的性能和广泛的适用性，scRAFA将在从细胞生物学到免疫治疗到尿路感染等领域发挥重要作用。