单细胞呼吸可以通过扫描电化学显微镜 (SECM) 来测量吗?
Kelsey Cremin1, Gabriel N Meloni1, Dimitrios Valavanis1
1Bio-Electrical Engineering Innovation Hub, Department of Chemistry, Molecular Analytical Science Centre for Doctoral Training (MAS CDT), School of Life Sciences, the University of Warwick, Coventry CV4 7AL, United Kingdom.
ACS measurement science au
|October 23, 2023
概括
使用超微电极探针进行单细胞呼吸测量面临敏感性挑战. 目前的技术难以在单细胞水平上检测氧气消耗率,需要大幅改进才能实现.
科学领域:
- 电化学生物传感器是一种生物传感器.
- 一个单细胞分析.
- 测量细胞呼吸的测量方法
背景情况:
- 超微电极 (UME) 探针对于单细胞生理测量至关重要,包括代谢活动.
- 关键的挑战包括来自单个电池的小信号大小和随着时间的推移的UME响应不稳定性.
- 精确测量细胞呼吸速率,特别是氧气消耗率 (OCR),对于了解细胞功能至关重要.
研究的目的:
- 系统地分析影响电化学单细胞呼吸速率的精度的测量条件.
- 评估使用扫描电化学显微镜 (SECM) 测量单细胞氧气消耗率 (OCR) 的可行性.
- 确定基于UME的单细胞代谢测量方面的局限性,并提出改进建议.
主要方法:
- 使用扫描电化学显微镜 (SECM) 与超微电极 (UME) 探针.
- 使用了一种自我引用的测量协议,涉及重复UME对单个HeLa细胞的接近.
- 结合SECM实验与有限元法 (FEM) 建模来模拟氧气扩散和UME反应.
主要成果:
- 单细胞氧气消耗率 (OCR) 相当于或低于SECM技术当前的检测灵敏度.
- 单个细胞 (1 × 10-18到1 × 10-16mol s-1) 的现实的OCR值被发现是具有挑战性的准确测量.
- 自引用协议最大限度地减少了电化学干扰细胞,同时允许进行比较测量.
结论:
- 目前的SECM技术,即使使用自我引用协议,也缺乏可靠单细胞OCR测量的灵敏度.
- 未来的单细胞代谢研究需要在UME稳定性和测量精度方面取得重大进展.
- 提供基于模型的建议,以指导未来开发更敏感的电化学单细胞分析工具.
