交差収縮チャネルを用いた単一細胞の細胞質粘度のハイスループット特性評価のためのマイクロ流体サイトメトリー

Microfluidic Cytometry for High-Throughput Characterization of Single Cell Cytoplasmic Viscosity Using Crossing Constriction Channels.

• Ke Wang
• Xiaohao Sun
• Yi Zhang
• Yuanchen Wei
• Deyong Chen
• Hengan Wu
• Zijian Song
• Rong Long
• Junbo Wang
• Jian Chen

抄録

この論文では、連続的に単一細胞の細胞質粘度を特徴付けることができるマイクロ流体フローサイトメトリーのアプローチを紹介します。マイクロ流体システムは、主要な狭窄チャネルと垂直に互いに交差する側の狭窄チャネルで構成されています。細胞は、主要なチャネルを介して急速に移動することを余儀なくされ、チャネルの接合部を通過するときに部分的にサイドチャネルに吸引されます。数値シミュレーションにより、側管路への吸引長さの時間依存性をモデル化し、モデル結果を実験データにフィッティングすることで細胞質粘度の測定が可能となりました。ハイスループット測定の実証として、N-ホルミルメチオニン-ロイシン-フェニルアラニン（fMLP）で処理したHL-60細胞の細胞質粘度を数千個のサンプルサイズで定量した。ネイティブHL-60細胞の細胞質粘度の平均値と中央値は、fMLP処理したHL-60細胞よりも約10％小さいことが判明し、fMLP処理が白血球の硬直性を増加させるという以前の観察結果と一致しています。さらに、マイクロ流体システムを用いて、３人のドナーからの顆粒球を処理した（各ドナーのサンプルサイズは１００００細胞以上）。その結果、1人のドナーから採取した顆粒球の細胞質粘度は、他の2人よりも有意に高いことが明らかになり、このドナーは炎症から回復したばかりであることが原因と考えられます。要約すると、開発されたマイクロ流体システムは、数千の細胞から細胞質粘度を収集することができ、単細胞解析の分野で有効なツールとして機能する可能性があります。

This article presents an approach of microfluidic flow cytometry capable of continuously characterizing cytoplasmic viscosities of single cells. The microfluidic system consists of a major constriction channel and a side constriction channel perpendicularly crossing each other. Cells are forced to rapidly travel through the major channel and are partially aspirated into the side channel when passing the channel junction. Numerical simulations were conducted to model the time dependence of the aspiration length into the side channel, which enables the measurement of cytoplasmic viscosity by fitting the model results to experimental data. As a demonstration for high-throughput measurement, the cytoplasmic viscosities of HL-60 cells that were native or treated by N-Formylmethionine-leucyl-phenylalanine (fMLP) were quantified with sample sizes as large as thousands of cells. Both the average and median cytoplasmic viscosities of native HL-60 cells were found to be about 10% smaller than those of fMLP-treated HL-60 cells, consistent with previous observations that fMLP treatment can increase the rigidity of white blood cells. Furthermore, the microfluidic system was used to process granulocytes from three donors (sample size >1,000 cells for each donor). The results revealed that the cytoplasmic viscosity of granulocytes from one donor was significantly higher than the other two, which may result from the fact that this donor just recovered from an inflammation. In summary, the developed microfluidic system can collect cytoplasmic viscosities from thousands of cells and may function as an enabling tool in the field of single-cell analysis. © 2019 International Society for Advancement of Cytometry.

© 2019 International Society for Advancement of Cytometry.