使用二维细胞挤压机制装置的高吞吐量细胞内传递及其深度学习模型的分析

科学领域:

• 生物技术
• 微流体学
• 细胞生物学

背景情况:

• 细胞挤压机制提供细胞内输送,但面临1D收缩的吞吐量限制.
• 开发高吞吐量方法对于推进单细胞传递应用至关重要.

研究的目的:

• 设计和制造一个2D微流体装置,用于并行,高通量细胞挤压机械孔.
• 通过使用新型装置将各种分子有效地传递到不同的细胞类型中.

主要方法:

• 在PDMS结构中的薄SU-8膜上制造一系列垂直透孔 (8-15μm直径) 的2D微流体装置.
• 通过微流体收缩快速切割细胞内传递,从而实现基于扩散的分子吸收.
• 使用图像细胞计量分析传递效率,结合实例细分和基于规则的图像处理,用于自动化单细胞状态评估.

主要成果:

• 在HeLa和Jurkat细胞中实现高通量德克斯 (4-40 kDa) 输送,速度高达300万个细胞/分钟.
• 成功将小干扰性核糖核酸 (siRNA) 和等离子体输入人体初级介质干细胞 (hMSC) 和人体牙纤维细胞 (hGF).
• 基于深度学习的自动化分析系统使单细胞分辨率量化基于机制的细胞内传递.

结论:

• 与1D方法相比,2D细胞挤压微流体装置显著增加了细胞内输送的吞吐量.
• 该平台展示了将分子和遗传物质输入各种细胞类型,包括初级细胞的广泛适用性.
• 集成的自动化分析系统提供精确的单细胞分辨率量化,验证了该设备的治疗应用潜力.