本申請涉及細胞力學測試，尤其涉及一種與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置及方法與應用。

背景技術：

1、人體內三大肌細胞分別為心肌、骨骼肌、平滑肌，在人體三類肌細胞均承擔著不同的力學感受，也有著不同的機理。力學刺激能通過細胞膜經由細胞骨架結構傳遞到細胞各部分，引起一系列活動，誘發(fā)一系列復雜的轉錄組學和細胞組學過程，進一步帶動形態(tài)學和細胞功能的變化，如維持細胞形態(tài)、生長、增殖、凋亡、遷移、分化、基因表達、蛋白質合成等。鈣離子作為細胞內的第二信使，在力學轉導過程中發(fā)揮著核心角色。探索力學刺激對細胞的影響主要有如下方面的意義，一是力學刺激可以促進肌細胞增值、遷移，在干細胞研究和再生醫(yī)學中，能夠有效調控細胞分化，二是調控細胞排列方向與空間結構，在組織工程中能實現(xiàn)細胞的取向性3d打印，三是研究力學對細胞的調控機制，有助于深入了解細胞信號、基因表達和細胞微環(huán)境的探索有明確的幫助。

2、力信號是一個有方向的矢量，肌細胞也是有著明確的空間結構的細胞系，肌小節(jié)是細胞節(jié)律性收縮的基本單位，所以研究不同方向、不同頻率、不同幅值力學刺激與肌細胞內肌小節(jié)的生物響應十分必要，生物響應主要就是圍繞著肌小節(jié)的肌漿網(wǎng)上鈣離子的活動，但是目前還沒有一種能在不同力學刺激下觀測肌漿網(wǎng)上鈣離子活動的裝置及方法，現(xiàn)有技術中無法模擬細胞在實際生理環(huán)境中與肌小節(jié)收縮長度、頻率共軛的力學刺激，進而難以基于對肌漿網(wǎng)上的鈣離子的活動進行精準的監(jiān)測。

3、因此，現(xiàn)有技術還有待改進。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本申請的目的在于提供一種與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置及方法與應用，旨在解決現(xiàn)有技術中無法模擬細胞在生理環(huán)境中的實際力學刺激，進而難以基于對肌漿網(wǎng)上的鈣離子的活動進行精準的監(jiān)測的問題。

2、本申請的技術方案如下：

3、本申請的第一方面，提供一種與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像方法，包括步驟：（1）提供肌細胞；（2）對肌細胞進行鈣離子染色處理；（3）向鈣離子染色處理的肌細胞施加與肌細胞的肌小節(jié)收縮長度共軛且方向與肌小節(jié)方向垂直的力學刺激，并使用高速轉盤共聚焦顯微鏡進行觀察。

4、可選地，所述鈣離子染色處理的使用的鈣離子熒光探針包括fluo-4?am或fluo-8am中的一種。

5、本申請的第二方面，提供一種與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置，包括：細胞調節(jié)培養(yǎng)組件，所述細胞調節(jié)培養(yǎng)組件包括底壁和自所述底壁延伸設置的外周壁，所述底壁與所述外周壁圍設形成凹槽，所述底壁上設置有通孔，所述通孔中嵌設有玻片；力學刺激發(fā)生組件，設于所述凹槽中，且靠近所述外周壁；顯微觀察組件，所述顯微鏡觀察組件被配置為透過所述玻片對所述凹槽內的內容物進行觀察；當經過鈣染色處理的肌細胞置于所述與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置中時，所述力學刺激發(fā)生組件向經過鈣染色處理的肌細胞施加與肌細胞的肌小節(jié)收縮方向垂直且與肌細胞的肌小節(jié)收縮長度共軛的力學刺激。

6、可選地，所述通孔為圓形，所述玻片為圓形，所述玻片的厚度為0.1-0.3mm。

7、可選地，所述力學刺激發(fā)生組件為機械波發(fā)生器。

8、可選地，所述機械波發(fā)生器包括電源、信號發(fā)生器、功率放大器、平面壓電陶瓷，所述電源、所述信號發(fā)生器、所述功率放大器和所述平面壓電陶瓷互相建立電性連接；其中，所述功率放大器的功率放大分貝數(shù)為20-40?db；所述信號發(fā)生器的頻率為1-10?mhz，峰峰值為2500，阻抗為50?ω，波形包括sine、square、ramp、pulse、noise、dualtone、harm或arb中的至少一種。

9、可選地，所述與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置包括限位組件，所述限位組件設于所述凹槽中與所述外周壁抵接，所述力學刺激發(fā)生組件與所述限位組件固定連接。

10、本申請的第三方面，提供一種本申請第二方面的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置監(jiān)測肌漿網(wǎng)上鈣離活動的方法，包括步驟：在所述玻片朝向凹槽的一側涂覆粘連蛋白溶液，向凹槽內加入臺氏液，將進行鈣離子染色處理的肌細胞貼附于玻片上。

11、可選地，所述粘連蛋白溶液中粘連蛋白的濃度為5?μg/ml，所述粘連蛋白溶液的溶劑為磷酸緩沖液。

12、本申請的第四方面，提供一種本申請第一方面的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像方法、本申請第二方面的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置在細胞力學研究中的應用。

13、有本申請的有益效果：

14、本申請的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置方法，通過向經過鈣染色處理的肌細胞施加不同頻率、不同強度、不同波長的力學波，其能與肌小節(jié)方向垂直或平行，并且施加力波長與肌小節(jié)收縮長度共軛，更好地模擬細胞在生理環(huán)境中遇到的實際機械刺激在此過程中能動態(tài)的觀測肌小節(jié)附近肌漿網(wǎng)上鈣離子的濃度。觀測結果具有較高的可靠性和相關性，對細胞力學研究具有重要意義。

技術特征：

1.一種與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像方法，其特征在于，包括步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈣離子染色處理的使用的鈣離子熒光探針包括fluo-4?am或fluo-8?am中的一種。

3.一種與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置，其特征在于，包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置，其特征在于，所述通孔為圓形，所述玻片為圓形，所述玻片的厚度為0.1-0.3?mm。

5.根據(jù)權利要求3所述的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置，其特征在于，所述力學刺激發(fā)生組件為機械波發(fā)生器。

6.根據(jù)權利要求5所述的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置，其特征在于，所述機械波發(fā)生器包括電源、信號發(fā)生器、功率放大器、平面壓電陶瓷，所述電源、所述信號發(fā)生器、所述功率放大器和所述平面壓電陶瓷互相建立電性連接；

7.根據(jù)權利要求3所述的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置，其特征在于，所述與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置包括限位組件，所述限位組件設于所述凹槽中與所述外周壁抵接，所述力學刺激發(fā)生組件與所述限位組件固定連接。

8.一種采用權利要求3至7任一項所述的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置監(jiān)測肌漿網(wǎng)上鈣離活動的方法，其特征在于，包括步驟：在所述玻片朝向凹槽的一側涂覆粘連蛋白溶液，向凹槽內加入臺氏液，將進行鈣離子染色處理的肌細胞貼附于玻片上。

9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，所述粘連蛋白溶液中粘連蛋白的濃度為5μg/ml，所述粘連蛋白溶液的溶劑為磷酸緩沖液。

10.一種權利要求1或2所述的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像方法、權利要求3至7所述的與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置在細胞力學研究中的應用。

技術總結
本申請公開一種與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像裝置及方法與應用，其中與肌小節(jié)收縮共軛的高頻力學刺激及肌漿網(wǎng)鈣活動聯(lián)合成像方法包括：提供肌細胞；對肌細胞進行鈣離子染色處理；向鈣離子染色處理的肌細胞施加與肌細胞的肌小節(jié)收縮長度共軛且方向與肌小節(jié)方向垂直的力學刺激，并使用高速轉盤共聚焦顯微鏡進行觀察。本申請的監(jiān)測方法能夠更好地模擬細胞生理條件，并對肌細胞肌漿網(wǎng)上的鈣離子進行監(jiān)測，對細胞力學研究具有重要意義。

技術研發(fā)人員：趙東良,譚文長
受保護的技術使用者：北京大學深圳研究生院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2