單細(xì)胞檢測的得力助手！

高通量 多參數(shù) 非標(biāo)記 實(shí)時無損檢測！

• 多參數(shù)：可獲取細(xì)胞活力、數(shù)量、濃度等信息，并追蹤細(xì)胞分化、衰老、凋亡及癌變等生理狀態(tài)

• 通用性：適用于1-50μm內(nèi)所有類型的單細(xì)胞 (人體、動/植物細(xì)胞、細(xì)菌、酵母、孢子、藻類、體細(xì)胞等)

• 高效性：實(shí)時標(biāo)準(zhǔn)化無損檢測、幾分鐘內(nèi)獲得結(jié)果，通量高、重復(fù)性高、精確度高

• 易用性：無需染色、標(biāo)記或細(xì)胞再培養(yǎng)，操作簡單易上手

• 靈活性：可根據(jù)細(xì)胞類型、研究目標(biāo)自定義測量和分析協(xié)議

Ampha X30實(shí)時微流控阻抗流式細(xì)胞儀 開創(chuàng)了單細(xì)胞分析的新紀(jì)元，通過整合微流控技術(shù)、電阻抗技術(shù)與流式細(xì)胞術(shù)，能夠在微流體精準(zhǔn)參考條件下，實(shí)現(xiàn)流動態(tài)單細(xì)胞的高通量、連續(xù)、無損阻抗檢測，實(shí)時獲得細(xì)胞活力、數(shù)量、濃度等信息，并追蹤細(xì)胞分化、衰老、凋亡及癌變等生理狀態(tài)。與常規(guī)細(xì)胞分析儀相比，Ampha X30實(shí)時微流控阻抗流式細(xì)胞分析儀具有非標(biāo)記、多參數(shù)、低污染、檢測速度快、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等顯著優(yōu)勢，是生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)等領(lǐng)域中不可或缺的強(qiáng)有力工具。

工作原理：

基于細(xì)胞膜的電特性（膜電容和膜電阻），當(dāng)不同大小和活性的細(xì)胞隨懸浮液流經(jīng)廣頻（0-30 MHz）交流電場時將產(chǎn)生不同的電阻抗信號，經(jīng)解析獲得細(xì)胞的濃度、數(shù)量、活性及大小等信息。如下圖所示：A）細(xì)胞在不同頻率的交流電場中的檢測結(jié)果：低頻電場反映細(xì)胞的體積特性即電直徑，高頻電場反映細(xì)胞的介電特性即細(xì)胞活性；B) 微流控芯片；C）細(xì)胞電阻抗信號（藍(lán)色實(shí)部即電阻信號，綠色虛部即容性電抗信號），細(xì)胞膜完整性決定容性電抗的大小，故可通過虛部信號來區(qū)分活細(xì)胞和死細(xì)胞，最終以阻抗相位角-振幅散點(diǎn)圖反映出來。

Ampha X30信號的采集和轉(zhuǎn)導(dǎo)

應(yīng)用領(lǐng)域：

• 細(xì)胞發(fā)育研究：細(xì)胞分化、衰老、凋亡及癌變等生理狀態(tài)

• 微生物發(fā)酵：酒精飲品的釀造、生物燃料的生產(chǎn)、奶酪/酸奶的生產(chǎn)、青霉素/疫苗等藥物的生產(chǎn)

• 生物醫(yī)學(xué)：腫瘤診斷、腫瘤機(jī)制研究、細(xì)胞信號調(diào)控、細(xì)胞免疫、臨床即時診斷

• 藥物/毒理分析：毒性/藥性應(yīng)激反應(yīng)、藥篩/藥物降解、病毒滴定、材料安全檢測

• 混濁、不透明或自發(fā)熒光介質(zhì)：牛奶/其他食品基質(zhì)、乳狀液、金屬工作液、自發(fā)熒光介質(zhì)（如微藻）等

高精確度：

圖1. 酵母活性（Ampha X30與PI熒光染色法）	圖2. BL2細(xì)胞濃度（Ampha X30與Neubauer血球計數(shù)板）

圖3. 感染桿狀病毒（BV）后Sf9昆蟲細(xì)胞的變化（Ampha X30與Countess?自動細(xì)胞計數(shù)儀）

應(yīng)用案例分享：

• 微生物發(fā)酵在線監(jiān)測

微生物發(fā)酵過程中，菌種的生產(chǎn)性能、培養(yǎng)基的配比、原料的質(zhì)量、滅菌條件、發(fā)酵條件等均影響著發(fā)酵結(jié)果的好壞。在此過程中，密切關(guān)注酵母活力和酵母密度是控制和改進(jìn)發(fā)酵過程的關(guān)鍵。

        微生物發(fā)酵過程中，利用Ampha X30在線監(jiān)測酵母細(xì)胞濃度和活力隨時間的變化（圖1，細(xì)胞濃度-灰色，細(xì)胞活力-藍(lán)色），能夠間接反映出反應(yīng)器中發(fā)酵條件的變化，結(jié)果表明酵母細(xì)胞的總體密度隨發(fā)酵時間持續(xù)增長，但細(xì)胞活性卻先逐漸降低后又逐漸升高，其中發(fā)酵后的第11個小時活性最低（圖2）。Ampha X30對發(fā)酵過程的監(jiān)測不僅顯示出滯后階段和早期對數(shù)階段，而且揭示了酵母細(xì)胞在進(jìn)入指數(shù)增長對數(shù)階段之前的活力損失。

• 釀酒酵母活性檢測

啤酒釀造過程中酵母菌種、酵母接種量、酵母使用代數(shù)、發(fā)酵工藝條件等都會影響啤酒的風(fēng)味。Ampha X30能夠在啤酒釀造生產(chǎn)過程，高通量、快速、精準(zhǔn)監(jiān)控啤酒酵母細(xì)胞的活力、濃度、代謝、繁殖和健康狀態(tài)，實(shí)時評估溫度、滲透壓、培養(yǎng)條件等因素對酵母菌的影響，進(jìn)而及時優(yōu)化發(fā)酵工藝。

啤酒釀造過程中酵母菌密度、活性及酒精濃度的變化

       該案例分析了啤酒釀造過程中，啤酒酵母菌密度、活性及酒精濃度的變化。如圖所示發(fā)酵1天后 (紅)，酵母細(xì)胞從滯后期進(jìn)入早期指數(shù)(對數(shù))期；第1-2天為發(fā)生細(xì)胞顯著增殖的指數(shù)生長期 (綠)；第3天，由于細(xì)胞的劇烈增殖和營養(yǎng)物質(zhì)的耗盡，高相位酵母群逐漸向低相位移動（紅-綠-藍(lán)，活力逐漸降低）。該過程反映了發(fā)酵罐中酵母活性及發(fā)酵條件的變化，即發(fā)酵初期酵母細(xì)胞濃度低、活力低且發(fā)酵罐中存在大量氧氣，當(dāng)發(fā)酵罐中的氧氣全部消耗完后，酵母細(xì)胞轉(zhuǎn)入?yún)捬醢l(fā)酵產(chǎn)生乙醇，乙醇濃度迅速增加并逐漸對酵母細(xì)胞產(chǎn)生毒性，導(dǎo)致酵母細(xì)胞活性降低。

• 腫瘤細(xì)胞凋亡進(jìn)程

A    Fresh Culture	B     Old Culture

      腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)是研究癌變機(jī)理、抗癌藥檢測、癌分子生物學(xué)極其重要的手段，監(jiān)測藥物對腫瘤細(xì)胞的影響對闡明和解決癌癥將起著不可估量的作用。該案例研究了Staurosporine對BL2淋巴瘤細(xì)胞的影響。從圖中可以看出，在Staurosporine處理1小時后，BL2細(xì)胞活性（藍(lán)）顯著下降，而對照組（黑）BL2細(xì)胞在10小時內(nèi)始終保持高活性，之后才逐漸下降。Ampha X30實(shí)時微流控阻抗流式細(xì)胞儀無需進(jìn)行細(xì)胞的染色、標(biāo)記或培養(yǎng)，可在腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)過程中隨時檢測腫瘤細(xì)胞生理特性的變化，準(zhǔn)確評估腫瘤細(xì)胞對凋亡誘導(dǎo)劑、細(xì)胞毒劑的劑量反應(yīng)或分化、凋亡進(jìn)程。

• CHO細(xì)胞發(fā)育變化

人體和動物細(xì)胞，特別是哺乳動物細(xì)胞，在藥物研究、藥效表達(dá)、臨床診斷等應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。哺乳動物細(xì)胞常被用于生產(chǎn)抗體、蛋白質(zhì)、疫苗、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，中國倉鼠卵巢細(xì)胞（CHO）是目前全球研究較多的一種表達(dá)系統(tǒng)，在生物制藥領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。

       本案例利用Ampha X30監(jiān)測了CHO細(xì)胞在三周內(nèi)的發(fā)育變化，上圖為第4天（藍(lán)色）、9天（紅色）和19天（綠色）的CHO細(xì)胞相位角-振幅散點(diǎn)疊加圖，散點(diǎn)圖左下方的小群體代表死亡細(xì)胞，而右側(cè)的大群體代表活性細(xì)胞，從疊加圖中可以看到CHO細(xì)胞活性在前9天里并未發(fā)生變化，而在第19天，散點(diǎn)圖顯著向較低相位角偏移，這表明由于缺乏底物CHO細(xì)胞逐漸失去活性。

• Sf9昆蟲細(xì)胞BV感染后活性變化

基于昆蟲桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢，目前已被廣泛應(yīng)用于藥物研發(fā)、疫苗生產(chǎn)、重組病毒殺蟲劑等眾多領(lǐng)域。Ampha X30實(shí)時微流控阻抗流式細(xì)胞分析儀可幫助在昆蟲細(xì)胞BV感染過程中檢測細(xì)胞活力變化、確定多重性感染（MOI）范圍、篩選理想的表達(dá)條件并預(yù)測BV昆蟲細(xì)胞系統(tǒng)中收獲胞內(nèi)蛋白的最佳時間。

感染桿狀病毒（BV）數(shù)小時內(nèi)Sf9昆蟲細(xì)胞活性的變化

      如案例所示，Sf9昆蟲細(xì)胞在感染BV后的數(shù)小時（hpi）內(nèi)，Ampha X30細(xì)胞分析儀所獲得的相位-振幅散點(diǎn)圖可明顯分離出三個細(xì)胞類群，分為是活細(xì)胞（viable）、感染晚期（LPI）和死細(xì)胞（dead）類群。感染48hpi后，活細(xì)胞的阻抗振幅降低（細(xì)胞萎縮）且數(shù)量逐漸減少，直至99hpi細(xì)胞全部死亡。感染晚期（LPI）細(xì)胞類群出現(xiàn)在較低相位，這部分細(xì)胞在0-60hpi逐漸增加隨后減少直至消失。

• 腫瘤藥物藥效評估
  

腫瘤患者來源的異種移植(PDX)是進(jìn)行化療藥物敏感性和毒性評估的有效手段，對預(yù)測化療療效十分重要。在藥物處理下分泌到培養(yǎng)基中的亞細(xì)胞凋亡小體(ABs)和微泡（MVs），可作為藥物敏感性的標(biāo)志物。目前，實(shí)體瘤的體外藥物敏感性評估主要通過：一、對貼壁細(xì)胞進(jìn)行顯微鏡鏡檢分析ABs細(xì)胞的數(shù)量和形狀；二、流式細(xì)胞儀測量統(tǒng)計凋亡條件下ABs和細(xì)胞的數(shù)量，并根據(jù)熒光染色結(jié)果鑒定細(xì)胞大小并進(jìn)行分類。然而由于ABs復(fù)雜多樣，很難確定每種AB型的適配熒光染料并預(yù)估ABs對不同染料滲透動力學(xué)的依賴性，因此利用流式細(xì)胞儀量化細(xì)胞分解過程存在極大的挑戰(zhàn)。

不同濃度的吉西他濱誘導(dǎo)下PDAC細(xì)胞系的凋亡變化（顯微鏡鏡檢vs. 流式細(xì)胞術(shù)vs. Ampha Z32）

      該研究通過不同方法評估了不同藥物濃度下PDAC細(xì)胞系的凋亡變化，結(jié)果表明實(shí)時微流控阻抗流式細(xì)胞儀可在不同的腫瘤微環(huán)境模型和藥物類型下高通量、非標(biāo)記、快速無損檢測ABs表型并追蹤細(xì)胞凋亡過程，進(jìn)而準(zhǔn)確評估藥物敏感性和毒性，是一個測量單細(xì)胞電生理學(xué)特性的有效工具，不僅免除了費(fèi)力耗力的細(xì)胞收集和染色標(biāo)記過程，還可避免因染色不當(dāng)所造成的細(xì)胞凋亡。

• 納米材料毒性評估

納米材料廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、日用品、醫(yī)藥等各個領(lǐng)域的同時，已不可避免的給我們的環(huán)境和健康帶來不利影響。因此，為確保納米材料的安全性，促進(jìn)納米技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)行納米材料毒性評估十分必要且緊迫。Ampha X30實(shí)時微流控阻抗流式細(xì)胞儀可以非標(biāo)記、高通量、快速評估納米材料的毒性，避免假陰性或假陽性的檢測結(jié)果，是一種可靠且經(jīng)濟(jì)高效的檢測方法。

U937細(xì)胞對NM-300K（Ag，100μg/ mL）的急性毒性效應(yīng)

• 微藻培養(yǎng)生產(chǎn)脂肪酸

微藻培養(yǎng)生產(chǎn)脂肪酸是一個復(fù)雜但有前景的生物技術(shù)過程。與其他類型的細(xì)胞相比，微藻細(xì)胞體積較小且具有自發(fā)熒光，傳統(tǒng)光學(xué)分析方法難度極大。Ampha X30實(shí)時微流控阻抗流式細(xì)胞儀基于細(xì)胞本身的電特性，不受自身熒光或細(xì)胞大小的影響，可以有效監(jiān)測生物反應(yīng)器中脂肪酸的過生產(chǎn)過程，幫助篩選合適的微藻種類、優(yōu)化培養(yǎng)條件（如光照、溫度、營養(yǎng)鹽濃度等）以實(shí)現(xiàn)高效、可持續(xù)的脂肪酸生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

1. Vembadi A, Menachery A, Qasaimeh M A. Cell cytometry: Review and perspective on biotechnological advances[J]. Frontiers in bioengineering and biotechnology, 2019, 7: 147.

2. Opitz C, Schade G, Kaufmann S, et al. Rapid determination of general cell status, cell viability, and optimal harvest time in eukaryotic cell cultures by impedance flow cytometry[J]. Applied microbiology and biotechnology, 2019, 103: 8619-8629.

3. Ostermann M, Sauter A, Xue Y, et al. Label-Free Impedance Flow Cytometry for Nanotoxicity Screening. Sci. Rep. 2020, 10, 142[J].

4. Tadini-Buoninsegni F, Palchetti I. Label-free bioelectrochemical methods for evaluation of anticancer drug effects at a molecular level[J]. Sensors, 2020, 20(7): 1812.

5. Honrado C, Michel N, Moore J H, et al. Label-free quantification of cell cycle synchronicity of human neural progenitor cells based on electrophysiology phenotypes[J]. ACS sensors, 2020, 6(1): 156-165.

6. Moore J H, Salahi A, Honrado C, et al. Quantifying bacterial spore germination by single-cell impedance cytometry for assessment of host microbiota susceptibility to Clostridioides difficile infection[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2020, 166: 112440.

7. Honrado C, Adair S J, Moore J H, et al. Apoptotic bodies in the pancreatic tumor cell culture media enable label‐free drug sensitivity assessment by impedance cytometry[J]. Advanced biology, 2021, 5(8): 2100438.

8. Salimi E, Bergin A, Thomson D, et al. Radio Frequency Electrical Impedance Spectroscopy of Chinese Hamster Ovary Cells[J]. URSI GASS 2021, Rome, Italy, 28 August - 4 September 2021

9. Bergin A. The use of Process Analytical Technologies to examine the viability of CHO cells[D]. University College Dublin. School of Chemical and Bioprocess Engineering, 2022.

10. Moore J H, Salahi A, Honrado C, et al. Correlating Antibiotic-Induced Dysbiosis to Clostridioides difficile Spore Germination and Host Susceptibility to Infection Using an Ex Vivo Assay[J]. ACS Infectious Diseases, 2023, 9(10): 1878-1888.

11. Mermans F, Mattelin V, Van den Eeckhoudt R, et al. Opportunities in optical and electrical single-cell technologies to study microbial ecosystems[J]. Frontiers in Microbiology, 2023, 14.

12. Salahi A, Honrado C, Moore J, et al. Supervised learning on impedance cytometry data for label-free biophysical distinction of pancreatic cancer cells versus their associated fibroblasts under gemcitabine treatment[J]. Biosensors and Bioelectronics, 2023, 231: 115262.

13. Torres‐Castro K, Jarmoshti J, Xiao L, et al. Multichannel Impedance Cytometry Downstream of Cell Separation by Deterministic Lateral Displacement to Quantify Macrophage Enrichment in Heterogeneous Samples[J]. Advanced Materials Technologies, 2023, 8(8): 2201463.

14. Ding L, Oh S, Shrestha J, et al. Scaling up stem cell production: harnessing the potential of microfluidic devices[J]. Biotechnology Advances, 2023: 108271.

15. Mengers H G. Exploring and Exploiting Yeast Volatile Metabolites[M]. Apprimus Verlag, 2023.

產(chǎn)地：瑞士Amphasys