外部刺激下での生細胞の形態学的および定量的分析のための電気化学発光イメージング

Electrochemiluminescence Imaging for the Morphological and Quantitative Analysis of Living Cells under External Stimulation.

• Hongfang Gao
• Weijuan Han
• Honglan Qi
• Qiang Gao
• Chengxiao Zhang

抄録

本研究では、外部刺激下の生細胞の形態学的・定量的解析のために、ECL発光のセルシールドに基づく簡便な電気化学発光（ECL）イメージング法を開発した。本研究では、MCF-7細胞をトリス(2,2'-ビピリジル)ルテニウム(II)-トリ-プロピルアミン溶液中でグラッシーカーボン電極(GCE)表面上で培養した、あるいは捕獲したMCF-7細胞のECL画像を記録した。細胞の形状、細胞面積、平均細胞境界、隣接する2つの細胞間の接合距離などの重要な形態学的特徴は、開発したネガティブECLイメージング法を用いて直接取得した。ECL画像からは、GCE表面の細胞の形態学的変化が徐々に明らかになってきた。GCE表面上の細胞のHO刺激の過程で、細胞は収縮し、丸くなり、周囲の細胞から外れ、最終的には電極表面から剥離した。電気刺激（0.8 V）の間、GCE 表面上の細胞は、平均細胞境界が増加し、隣接する 2 つの細胞間の接合距離が減少することによって示されるように凝集を示した。さらに、陰性ECLイメージング戦略を用いて、検出限界29cell/mLのMCF-7細胞を高感度に定量する定量法を開発した。この作業は、提案されたネガティブECLイメージング戦略は、外部刺激の過程で生きている細胞の重要な形態学的特性を評価し、溶液中の細胞濃度に関する定量的な情報を得るために有望なアプローチであることを示しています。

In this work, a simple electrochemiluminescence (ECL) imaging method based on the cell shield of the ECL emission was developed for the morphological and quantitative analysis of living cells under external stimulation. ECL images of MCF-7 cells cultured on or captured at the glassy carbon electrode (GCE) surface in a solution of tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(II)-tri--propylamine were recorded. Important morphological characteristics of living cells, including cell shape, cell area, average cell boundary, and junction distance between two adjacent cells, were directly obtained using the developed negative ECL imaging method. The ECL images revealed gradual morphological changes in cells on the GCE surface. During the course of HO stimulation of cells on the GCE surface, cells shrunk, rounded up, disengaged from surrounding cells, and finally detached from the electrode surface. During the course of electrical stimulation (0.8 V), the cells on the GCE surface exhibited aggregation as demonstrated by increases in the average cell boundary and decreases in the junction distance between two adjacent cells. Additionally, a quantitative method for the sensitive determination of MCF-7 cells with a limit of detection of 29 cells/mL was developed using the negative ECL imaging strategy. This work demonstrates that the proposed negative ECL imaging strategy is a promising approach to assess important morphological characteristics of living cells during the course of external stimulation and to obtain quantitative information on cell concentrations in solution.