十大创新产品之xCELLigence系统

2008年度生命科学十大创新产品之xCELLigence系统。它是一种非标记的实时细胞分析系统，利用生物电阻读数来非主观性地实时量化细胞状态。在不需要标记和破坏细胞的前提下，对细胞活性进行实时的分析。

　　

目前大部分细胞分析的形式都是终端的，仅仅给实验提供了一个最终结果，而且经常需要标记和破坏细胞。但因为细胞是活体，生物和细胞进程是动态而非静态的，目前的分析形式就有了很大的局限。因此，为了更充分的了解和测量生物和细胞进程，应当使用一种非主观的系统，来对胞内应对某种变化比如药物处理或生长因子刺激时产生的动态变化，提供动态的数据。

xCELLigence系统应运而生。它是一种非标记的实时细胞分析系统，利用生物电阻读数来非主观性地实时量化细胞状态。细胞接种在96微孔板中，在每个孔的底部有嵌入的微电子感应器。使用低电压（20mV）交流电在孔内产生一个离子环境，能反映出孔内的细胞数量、细胞形态和细胞粘附的强度。该系统最初是由美国ACEA生物科学公司发明，并由罗氏和ACEA共同开发。目前罗氏享有xCELLigence系统的独家销售权。

在细胞分析中细胞传感器阻抗技术的应用具有不少优势。第一个也是最重要的，细胞传感器阻抗为整个实验包括细胞粘附、增殖和融合提供了非主观的细胞监控。实时的监控为同一个实验中和不同实验间的细胞提供了出色的质量控制。另外，因为有了实时、连续显示的数据，就可以更自信地操作和处理细胞，而不是假定细胞处于合适的处理阶段。有了阻抗读数以及实时获取和显示的数据的特性，每一步处理的最终结果都可以通过机理来预测。最后，因为读数是非主观的，传统的终端分析仍然可以与阻抗读数结合起来，来决定进行传统终端分析的最佳时间点。

目前已经开发了一系列基于xCELLigence系统的细胞分析，包括：

• 胞内质量控制
  
• 细胞增殖
  
• 化合物、细胞和病毒介导的细胞毒性
  
• 屏障功能
  
• 细胞粘附和扩展
  
• 受体介导的信号通路
  

动态监测NK细胞杀伤活性

传统的测量NK细胞杀伤活性的方法是放射性的释放分析。用放射性材料（如51Cr）标记靶细胞，然后加入效应细胞，比如NK细胞。NK细胞对靶细胞的杀伤活性就通过靶细胞溶解后释放出的放射性来进行分析。然而，这种方法很繁琐，不仅因为它需要用到同位素，而且背景很高，因为标记常常会弥漫在靶细胞之外。

xCELLigence系统则提供了一种全新的NK细胞杀伤活性的非标记体外研究，使用更加简单，数据则更为可靠。研究人员将这种新技术用于在9种靶细胞系中动态及定量监测NK细胞的杀伤活性，其中包括在研究领域广泛应用的人肿瘤细胞系MCF7、Hela等。靶细胞接种在E-Plate微孔板中，系统每60分钟动态监测细胞的生长直到细胞进入对数生长期。然后按照不同的E/T比（效应细胞与靶细胞的比例）将鼠的效应NK细胞直接加到每个孔中，这样就可以动态监测NK细胞的杀伤活性了。另外，这项技术还成功用于抗体依赖的细胞毒性（ADCC）分析，来动态和定量监测抗体介导的癌细胞杀伤活性。

这些实验展示了xCELLigence系统能用于评估人和鼠的NK细胞杀伤活性。这种活性的定量、动态测量不需要任何标记步骤或试剂。而且，xCELLigence系统得到的数据清楚地显示，在加入mNK细胞12小时后，杀伤活性能达到70%。这种最大的杀伤活性出现在传统的孵育时间之后，很容易被现在的终端分析法所错过。因此，xCELLigence系统不仅提供了非标记的检测，更重要的是，它还通过动态监测细胞溶解的整个过程而更准确地评估杀伤活性。

为GPCR监测另辟蹊径

目前在自然和生理条件下测量内源GPCR的的功能激活的研究很少。因此，xCELLigence系统对于GPCR细胞水平分析的重要贡献就分为几部分。首先，无需在之前或之后标记细胞，节省了费用和时间。因为读数是实时而无损伤的，所以不需要裂解细胞。因此，同样的细胞可以在同一个孔中刺激多次来评估脱敏作用或与其他受体类型的干扰。检测方法不会受到内源化合物的影响，避免了在大部分光学分析中遇到的主要问题。基于这种实时技术，分析提供了整个分析阶段的全面数据，让研究者对配体添加的时机做出有依据的决定。此外，实时动态的读数还提供了关于信号通路激活的简明而有价值的信息。

另外，除了与G蛋白的Gq亚族偶联的组胺受体，细胞表达的与Gs和Gi家族偶联的其他受体也可以用xCELLigence系统来监控。更重要的是，表达内源GPCR的细胞包括原代细胞也可以利用这项技术，而不需要内源GPCR的过表达或改造细胞去表达异源的G蛋白。这样就可以评估生理上适当的细胞类型中的受体。

细胞粘附与扩展

细胞粘附是多个生理学和病理学过程的重要组成部分，例如伤口愈合、炎症、血管生成和癌症。细胞相互作用以及粘附在不同的生物表面是一个动态的综合的过程，需要特殊细胞表面受体、结构蛋白、信号蛋白和细胞内的细胞骨架的参与。为了演示xCELLigence系统在动态监测细胞粘附上的作用，微孔板的孔中包被了递增的胞外基质蛋白，纤连蛋白。另一些孔中包被了牛血清白蛋白（BSA）作为对照。无血清的胰酶消化过的COS-7细胞被加入这些包被过的孔中，细胞粘附和扩展的过程就被xCELLigence系统连续监测着。递增的纤连蛋白使细胞数增加，而BSA则不支持细胞的粘附与扩展。xCELLigence系统可以用来评估细胞骨架药物、酶和信号蛋白抑制剂、生理上干扰或阻碍细胞粘附与扩展或干扰下游信号通路的药剂的功效。

总的来说，以上提供了一些关键的重要的观察数据，展示了xCELLigence系统在定量的、非主观的、实时细胞分析上的作用。非标记技术、非主观的读数以及动力学的结合最大程度地获得高信息量和高内涵的数据，让使用者们能对他们的分析以及分析数据的质量做出很好的判断。xCELLigence系统提供的时间分辨可以作为一个必要的工具来更好的完善分子实验譬如基因表达图谱，我们期待这些技术在未来的整合。