细胞黏附是细胞与细胞或细胞与细胞外基质之间相互作用的关键过程，在细胞通讯、组织发育和维持中发挥着基础性作用。细胞黏附的特性不仅影响细胞的形态和功能，还与多种疾病的发生发展密切相关，例如癌症、关节炎和心血管疾病等。深入研究细胞黏附机制及其测量技术，对于理解疾病病理生理学、开发新型生物材料以及设计有效的治疗策略具有重要意义。本文综述了细胞黏附的研究方法和技术进展，涵盖了从单细胞到细胞群体的黏附和脱离事件的分析，并探讨了其在生物医学和工程领域的广泛应用。

细胞黏附的基本概念

细胞黏附的定义和重要性：细胞黏附是指细胞与细胞或细胞与细胞外基质（ECM）之间的相互作用，这一过程在细胞通讯、组织发育和维持中起着关键作用。细胞黏附影响细胞分化、细胞周期、细胞迁移和细胞存活等。

图1. 外部拉伸力作用下，焦点粘附部位激活的整合素和细胞外基质-整合素-细胞骨架连接的示意图。 细胞黏附的类型：根据细胞与基质或细胞间的相互作用，细胞黏附可分为细胞-基质黏附和细胞-细胞黏附。展开剩余76%

图2. 细胞粘附附着事件的示意图，用于(a)通过分子键的形成对单个细胞的研究；(b)通过静态粘附（例如，洗涤试验技术）对细胞群体的研究；以及(c)通过动态粘附（例如，微流控技术）对细胞群体的研究 黏附强度的变化：在多种疾病（如癌症、关节炎、骨质疏松等）中，细胞黏附性质会发生改变。例如，癌细胞的黏附性通常降低，这与其侵袭和转移能力相关。

细胞黏附的研究方法

文章将细胞黏附的研究方法分为两大类：细胞黏附附着事件和细胞黏附脱离事件。

细胞黏附附着事件

单细胞研究方法： 聚丙烯酰胺牵引力显微镜（PA-TFM）：通过嵌入荧光微珠的聚丙烯酰胺凝胶测量细胞产生的牵引力。 微图案技术（Micropatterning）：利用微米级的三维微环境研究细胞对特定微环境线索的响应。 三维牵引力量化（3D-TFM）：在三维基质中研究细胞迁移和收缩行为。 群体细胞研究方法： 洗涤法（Wash Assay）：通过洗涤步骤后分析细胞的黏附情况。 共振频率技术：利用石英晶体微量天平等设备实时监测细胞黏附和扩展。 微流控技术：模拟体内流体环境，研究细胞在动态条件下的黏附行为。

细胞黏附脱离事件

单细胞研究方法： 细胞脱离技术（Cytodetachment）：使用原子力显微镜（AFM）探针物理脱离单个细胞。 微管吸吮技术（Micropipette Aspiration）：通过施加负压使细胞从基底脱离。 单细胞力谱技术（SCFS）：包括AFM探针、生物膜探针（BFP）和光镊（Optical Tweezers）等，用于测量单个细胞的黏附强度。 群体细胞研究方法： 离心法（Centrifugation Assay）：通过离心力使细胞脱离基底。 旋转圆盘技术（Spinning Disk）：利用旋转产生的剪切力研究细胞黏附强度。 流动室技术（Flow Chamber）：包括径向流动室和平行板流动室，通过流体剪切力使细胞脱离。 微流控技术：结合微流控设备研究群体细胞的黏附强度。

图3. 细胞粘附和脱落事件的示意图，用于(a)通过分子键的破坏（例如SCFS、微吸管技术和光学镊子技术）进行单细胞研究；(b)通过静态粘附（例如离心技术）进行细胞群体研究；以及(c)通过动态粘附（例如旋转盘、流室和微流控技术）进行细胞群体研究。

细胞黏附研究的应用领域

生物材料研究：评估材料的生物相容性，开发用于组织工程和再生医学的支架材料。 药物治疗和癌症研究：研究药物对细胞黏附的影响，探索癌症转移的机制。 组织工程：开发“芯片上的组织”和“芯片上的器官”模型，用于生物医学研究。 疾病诊断：通过分析细胞黏附性质的变化，开发早期疾病诊断的生物标志物。

图4. 黏附研究的重要性及其应用的总结。

优势与局限性

文章总结了各种细胞黏附研究技术的优势和局限性。例如，单细胞方法能够提供精确的测量结果，但通常需要昂贵的设备和熟练的操作人员；而群体细胞方法虽然能够提供群体细胞的平均响应，但无法揭示单个细胞的特性。

结论与未来方向

文章强调了细胞黏附研究的重要性，并指出未来的研究方向可能包括开发更简单、低成本的技术，以及利用单细胞分析推动早期疾病诊断和治疗的发展。

发布于：北京市