01 實驗背景介紹

細(xì)胞凋亡(Apoptosis)、鐵凋亡(Ferroptosis)和壞死性凋亡(Necroptosis)是三種不同形式的程序化細(xì)胞死亡。這些途徑中的每一種都可以被利用來終止癌細(xì)胞。一個有希望的治療策略是在癌細(xì)胞進(jìn)化出躲避凋亡的機(jī)制后，激活替代的細(xì)胞程序性死亡途徑確保癌細(xì)胞死亡。眾所周知，細(xì)胞程序性死亡時除了有分子變化外，每種形式的程序性細(xì)胞死亡都伴隨著一套獨特的形態(tài)學(xué)變化。今天我們將會為大家詳細(xì)解讀發(fā)表于Apply Science的一篇文章，研究的目的是測試一個僅利用細(xì)胞形態(tài)學(xué)來區(qū)分細(xì)胞死亡方式的模型，作者使用HoloMonitor M4活細(xì)胞成像系統(tǒng)來監(jiān)測人類黑色素瘤細(xì)胞的凋亡、鐵凋亡和壞死情況，使用全息成像技術(shù)衍生的細(xì)胞形態(tài)特征開發(fā)并驗證了一個準(zhǔn)確率高達(dá)91-93%的細(xì)胞死亡形式分類模型。

許多細(xì)胞過程，例如細(xì)胞分裂、細(xì)胞密度和細(xì)胞運(yùn)動都會影響到細(xì)胞的形態(tài)， 將細(xì)胞形態(tài)分析與細(xì)胞增殖和細(xì)胞運(yùn)動相結(jié)合不僅可以用于例如細(xì)胞毒性研究或體外藥物開發(fā)，還可以研究細(xì)胞周期、分析細(xì)胞死亡動力學(xué)或?qū)喨哼M(jìn)行分類。

HoloMonitor M4活細(xì)胞成像系統(tǒng)的細(xì)胞形態(tài)學(xué)檢測可實現(xiàn)對各種形態(tài)特性（包括單個細(xì)胞體積、面積和厚度）的無創(chuàng)活細(xì)胞成像和動力學(xué)分析。通常，我們所指的細(xì)胞形態(tài)可能只包括細(xì)胞面積、細(xì)胞體積，或者是細(xì)胞形狀。

但是，使用 HoloMonitor活細(xì)胞成像系統(tǒng)，您可以隨時分析多達(dá) 30 多種不同的細(xì)胞形態(tài)特征。最重要的是，其中許多參數(shù)只能通過數(shù)字全息技術(shù)得到。此外，您可以將此應(yīng)用與其他HoloMonitor活細(xì)胞成像儀的應(yīng)用相結(jié)合，從同一樣本中獲得更多結(jié)果， 比如細(xì)胞增殖和細(xì)胞運(yùn)動數(shù)據(jù)。

HoloMonitor M4 活細(xì)胞成像系統(tǒng)應(yīng)用

您可以通過細(xì)胞形態(tài)應(yīng)用得到：

1.散點圖。您可以從30多個形態(tài)特征中選擇您需要的特征來幫助您比較實驗不同時間點的細(xì)胞特征，有助于可視化對照細(xì)胞和處理細(xì)胞之間的差異。

2.選通區(qū)域。使您能夠?qū)喨哼M(jìn)行分類并識別感興趣的細(xì)胞。此外，您可以添加單細(xì)胞追蹤應(yīng)用以進(jìn)行進(jìn)一步的單細(xì)胞分析。

3.?直方圖。?顯示了選定時間點選定形態(tài)參數(shù)的細(xì)胞群分布。

02 實驗設(shè)置

作者用人類黑色素瘤細(xì)胞501mel 作為模型，運(yùn)用三種已知可以引起細(xì)胞凋亡，壞死性凋亡和鐵凋亡的小分子藥物來分別處理501mel細(xì)胞并實時追蹤細(xì)胞變化。其中Shikonin會引起壞死，Staurosporine引起凋亡，Erastin引起鐵凋亡（圖1與圖2）。

03 實驗結(jié)果

作者發(fā)現(xiàn)發(fā)展成壞死性凋亡的細(xì)胞厚度有明顯增加，而鐵凋亡的細(xì)胞體積則會顯著下降。如圖三所示，紅色為erastin引起的鐵凋亡，藍(lán)色為shikonin引起的壞死性凋亡，兩者在厚度與體積之間的區(qū)別十分明顯，因此體積和厚度這兩個條件就足以區(qū)分這兩種不同的細(xì)胞程序性死亡的類型。

而細(xì)胞凋亡比起其他兩種死亡方式則相對復(fù)雜一點，因此作者通過引入更多的細(xì)胞形態(tài)表征來生成了一個四節(jié)點的區(qū)分圖（圖4）。如圖4所示， 作者引入了phaseshifted和boxed length兩個形態(tài)特征來對細(xì)胞進(jìn)行進(jìn)一步的區(qū)分 （Erastin 會誘導(dǎo)鐵凋亡，Shikonin會誘導(dǎo)壞死性凋亡，Staurosporin會誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡）。并且利用該模型區(qū)分壞死和鐵凋亡的準(zhǔn)確率分別達(dá)到了97% 和98%，而細(xì)胞凋亡與健康細(xì)胞的區(qū)分也達(dá)到了88%的準(zhǔn)確率。

04 實驗總結(jié)

這篇文章成功證明了：1.HoloMonitor M4活細(xì)胞成像儀可以在不需要對細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記或染色的前提下也可以進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分細(xì)胞死亡的不同類型，2.這個方法基于活細(xì)胞的實時成像，因此可以實時檢測細(xì)胞活力和評估每種形式的程序性細(xì)胞死亡的動力學(xué)。3.?該方法具有單細(xì)胞分辨率，因此可以提供經(jīng)歷不同形式的程序性細(xì)胞死亡的群體的百分比信息。4.?DHC是一種非侵入性和非終點的檢測方法，因此分析完成之后的細(xì)胞樣本仍可用于進(jìn)一步的分子分析。

05 拓展閱讀

如果你想了解更多對如何只用細(xì)胞表征來區(qū)分細(xì)胞死亡類型的話，可以繼續(xù)閱讀以下幾篇文獻(xiàn)：

1. Chlorine exposure induces Caspase-3 independent cell death in human lung epithelial cells. Karlsson T et al. Toxicol In Vitro. 2022

2. Contribution of TMEM16F to pyroptotic cell death. Ousingsawat J et al. Cell Death Dis. 2018

3. CFTR supports cell death through ROS-dependent activation of TMEM16F (anoctamin 6). Sim?es F et al. Pflugers Arch. 2018

4. Ion channels in regulated cell death. Kunzelmann KCell Mol Life Sci. 2016

5. Induction of morphological changes in death-induced cancer cells monitored by holographic microscopy. El-Schich Z et al. J Struct Biol. 2015.

6. Promising anticancer activity of Cyclotrichium niveum L. extracts through induction of both apoptosis and necrosis. ?zdemir A et al. Food Chem Toxicol. 2017

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