圣路易斯华盛顿大学的研究人员多年来一直在研究纤毛，以确定它们的功能障碍如何导致不孕和其他与纤毛相关的疾病。现在，他们将能够通过一种新的方法更快地完成这些研究，这种方法使用声波来瞬间捕获由纤毛驱动的细胞，然后释放它们来测量它们游泳时的运动。
麦凯维工程学院机械工程和材料科学助理教授J. Mark Meacham带领的跨学科团队和他实验室的学生利用声学微流体技术，在一个充满液体的小房间里，采集单细胞绿藻莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)，这是一种研究人类纤毛的模式生物。所谓的声阱利用细胞体的材料特性将它们固定在适当的位置，而不会损坏它们。通过首先收集细胞，该团队可以在几分钟内有效分析数百个细胞。研究结果于2019年6月12日发表在《软物质》杂志印刷版的封底。
米查姆说：“把它想象成一个由超声波场组成的小笼子。“细胞试图找到逃跑的方法，但它们被构成笼子壁的波浪推回。拆了墙，就可以自由奔跑了。”
纤毛是细胞中微小的毛发状结构，排列在我们的肺、鼻子、大脑和生殖系统中。它们旨在去除液体和微生物，保持人体健康。当他们失败时，不孕、慢性中耳感染、脑水等疾病都会发展。
医学院遗传学和细胞生物学及生理学教授苏珊达奇尔也是这篇论文的合著者。他与莱因哈特和数百种遗传变异体或突变体一起研究纤毛行为和功能障碍。Meacham说，用目前的方法分析这么多品种，手工追踪单个细胞需要很长时间。
米查姆说：“对于达奇尔博士来说，根据游泳的有效性对细胞进行快速分类，选择最费力、最繁琐、最有趣的细胞进行详细分析，是非常有用的。“这是这种基于群体的方法中真正有用的方法，它使我们能够在短时间内分析大量给定的突变体。”
在这项工作中，该团队使用了来自荷兰实验室的三种遗传突变的莱因哈特氏菌细胞作为模型。
Meacham和博士生姬敏金是本文的第一作者，他们开发了微流控芯片，这种芯片足够小，其中两个适用于1英寸 3英寸的载玻片。细胞通过入口和出口通道进入和离开，入口和出口通道在超声波打开之前连接到设备中心的圆形腔室，就像细胞的大开口笔一样。金米查姆和金米查姆将含有细胞的液体插入装置，然后通过压电传感器激活超声波。超声波从腔室壁反射，在圆形腔室中产生压力井，该压力井将细胞聚集在腔室的中心。
在对细胞成像后，研究人员关闭了超声波，并有效地打开了笼子的门来释放细胞。
“这个声学陷阱使我们能够进行这种有趣的分析，我们不能用任何其他方式来做，”米查姆说。“我们可以捕获并释放细胞群，对其进行分析，加载下一个细胞群，捕获并释放，分析并加载下一个细胞，每个样本可以在几十秒到一分钟内测量不同细胞类型的能力。”
米查姆说，对扩散的细胞进行自动化分析很容易，因为游泳是从一个地方开始的。在释放单元格的连续图像中，单元格显示为黑色像素。那么，细胞形态的变化与游泳速度有关。
金说：“我们观察它们游泳一到三秒钟，然后一旦我们有了这些图像，分析它们的过程就会自动进行。“我们可以通过自动方式从大约50个细胞中获得运动测量值，这比跟踪单个细胞要快得多。”
Meacham说，最终，该团队试图为研究人员提供一种工具，根据细胞的运动性对其进行分类，无论是对莱因哈特氏菌(C. reinhardtii)突变体进行编目，还是评估精子的运动性。
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