☆ 不干擾細(xì)胞正常生長(zhǎng)環(huán)境---測(cè)量的數(shù)值更加真實(shí)
☆ 測(cè)量采用更寬的頻率范圍---擬合的數(shù)據(jù)更加精確
☆ 構(gòu)建的數(shù)理模型更加細(xì)致---電生理參數(shù)更加豐富

原理
多細(xì)胞組織的表皮或內(nèi)皮細(xì)胞層具有選擇性屏障功能，有著復(fù)雜且重要的生理活動(dòng)。它們不僅控制臨近細(xì)胞間間隙對(duì)各種溶解物的擴(kuò)散滲透率，而且調(diào)控跨細(xì)胞物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。上皮和內(nèi)皮細(xì)胞屏障的關(guān)鍵成分就是細(xì)胞間的連接點(diǎn)（即細(xì)胞間緊密連接）根據(jù)各種細(xì)胞內(nèi)外的信號(hào)而選擇性的開放或關(guān)閉細(xì)胞間隙。
細(xì)胞層的通透性和它的跨膜阻抗值（即 TER，Transepithelial/-endothelial resistance)之間的關(guān)系為：緊密的細(xì)胞層有較高的跨膜阻抗值，反之亦然，高通透性則有較低的跨膜阻抗值。因此，跨細(xì)胞層的阻抗值是一個(gè)高度受學(xué)界認(rèn)可的衡量組織屏障功能緊密連接的參數(shù)。同時(shí)，它還能用來(lái)比較和監(jiān)視屏障細(xì)胞層的形成和調(diào)控。
儀器
cellZscope是由電腦控制，可自動(dòng)化、長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)細(xì)胞層的電生理變化的儀器，多可以同時(shí)記錄24種細(xì)胞樣本。它可以用來(lái)記錄分析各種培養(yǎng)在多孔膜上的具有屏障功能的細(xì)胞的多項(xiàng)生理學(xué)參數(shù)，其中跨膜阻抗值（TER）和電容值（Ccl）是常規(guī)的兩個(gè)測(cè)量指標(biāo)。在血腦屏障、血管壁、鼻粘膜及消化道內(nèi)膜等藥物轉(zhuǎn)運(yùn)吸收環(huán)節(jié)，尋找方法調(diào)控屏障功能尤其重要，因此需要有合適的分析工具來(lái)研究體外藥物篩選的細(xì)胞模型。cellZscope便于操作，且有廣泛的應(yīng)用，尤其適合研究藥物或毒物對(duì)細(xì)胞屏障功能的影響。
cellZscope可以兼容各種細(xì)胞培養(yǎng)皿，這些培養(yǎng)皿底部均有多孔膜。細(xì)胞生長(zhǎng)在膜上并形成細(xì)胞層屏障，然后就可以使用cellZscope對(duì)細(xì)胞層進(jìn)行測(cè)量。通過建立電學(xué)環(huán)路模型和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，擬合出反應(yīng)細(xì)胞屏障性能的各項(xiàng)參數(shù)。

硬件
cellZscope可以兼容各種細(xì)胞培養(yǎng)皿。這些培養(yǎng)皿底部均有多孔膜。細(xì)胞生長(zhǎng)在這些多孔膜上并形成細(xì)胞層屏障，然后就可以使用cellZscope實(shí)時(shí)對(duì)細(xì)胞層進(jìn)行測(cè)量。具體方式就是在細(xì)胞層上下部分各放置一個(gè)電極，然后在電極間施加一段連續(xù)頻率的交流電壓測(cè)量細(xì)胞層的阻抗值，通過建立電學(xué)環(huán)路模型和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，擬合出反應(yīng)細(xì)胞屏障性能的各項(xiàng)參數(shù)，例如TER，CCL，RMED，ACPE以及nCPE等。cellZscope可以兼容各種細(xì)胞培養(yǎng)皿，包括BD,Biosciences，Corning，Greiner，Bio-One，Millipore,和Nunc。細(xì)胞模塊可以同時(shí)容納多24孔的培養(yǎng)皿，記錄24種細(xì)胞樣本。三種類型的模塊均可以使用：小孔型（“24孔”型培養(yǎng)皿），中孔型（“12孔”型），大孔型（“6孔”型）。在實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞cellZscope的培養(yǎng)皿是放置于標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞培養(yǎng)箱中，通過數(shù)據(jù)線外接到控制器并連接到電腦，電腦通過控制cellZscope軟件來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整記錄數(shù)據(jù)。
軟件cellZscope還提供了一個(gè)客戶端的軟件，可以控制整個(gè)儀器對(duì)細(xì)胞層進(jìn)行電學(xué)測(cè)量。它還提供了一個(gè)用于顯示和分析的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及打印和導(dǎo)出數(shù)據(jù)的功能。用戶界面簡(jiǎn)單實(shí)用，提供了;

• 根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要預(yù)設(shè)時(shí)間間隔來(lái)獲取數(shù)據(jù)

• 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所獲得的結(jié)果

• 對(duì)每個(gè)孔獨(dú)立的輸入描述

應(yīng)用

• 緊密連接動(dòng)力學(xué)研究

• 細(xì)胞層的形成、分化和極化

• 細(xì)胞屏障性能研究

監(jiān)測(cè)細(xì)胞阻抗值-短期的緊密連接動(dòng)力學(xué)到長(zhǎng)期的細(xì)胞層形成cellZscope適合短期的緊密連接動(dòng)力學(xué)研究以及長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)細(xì)胞的變化過程，如細(xì)胞層的形成、分化和極化的研究。

緊密連接動(dòng)力學(xué)

上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的跨膜阻抗值很大程度上是與細(xì)胞間緊密連接相關(guān)的。他們?cè)诒砻婧蛡?cè)面的膜空隙之間形成一個(gè)密封的結(jié)構(gòu)，根據(jù)各種細(xì)胞的內(nèi)外信號(hào)而選擇性的開放或者關(guān)閉，從而影響細(xì)胞間通道撰于物質(zhì)的過程。屏障功能不是靜止不動(dòng)的，而是受到各種刺激物的調(diào)節(jié)。通過cellZscope測(cè)量上皮細(xì)胞/內(nèi)皮細(xì)胞層跨膜阻抗值可以用于研究緊密連接動(dòng)力學(xué)。下圖顯示的為MDCK細(xì)胞對(duì)不同濃度的EGTA的反應(yīng)。EGTA是一種鈣離子螯合劑，自由鈣離子濃度的下降會(huì)引起細(xì)胞緊密連接的丟失，然后使用標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)液更換含有EGTA的溶液，細(xì)胞的跨膜阻抗值（TER）會(huì)重新恢復(fù)，也標(biāo)志著細(xì)胞緊密連接的重新形成。為驗(yàn)證該結(jié)果，去除EGTA之前用固定液固定兩份細(xì)胞，一分為未加EGTA對(duì)照，一分為加入EGTA的樣品，然后使用染色分析分析細(xì)胞核和ZO-1蛋白質(zhì)，通過激光共聚焦顯微鏡成像比較可知，cellZscope的測(cè)量結(jié)果很好的吻合了顯微成像的結(jié)果，同時(shí)也說(shuō)明了采用無(wú)標(biāo)記非侵入式技術(shù)cellZscope的優(yōu)點(diǎn)及其可靠性。

細(xì)胞層的形成
cellZscope不僅適合短期的緊密連接動(dòng)力學(xué)研究，也可以連續(xù)監(jiān)測(cè)細(xì)胞幾天甚至幾星期的生理狀態(tài)。事實(shí)上，細(xì)胞接種密度、培養(yǎng)基種類、血清濃度、包被的底物和溫度等因素都對(duì)細(xì)胞層的形成有很大的影響，這就要求而我們需要一種工具來(lái)監(jiān)測(cè)生理?xiàng)l件下的細(xì)胞生長(zhǎng)的持續(xù)的過程。從cellZscope所提供的跨膜阻抗值（TER）和電容值（Ccl）這兩個(gè)參數(shù)可以獲知當(dāng)前的細(xì)胞狀態(tài)，包括融合度和分化度。Caco-2是源自人類結(jié)腸癌細(xì)胞系，通常用于藥物轉(zhuǎn)運(yùn)研究，在右下圖實(shí)驗(yàn)中cellZscope跟蹤記錄了Caco-2細(xì)胞層的形成和分化的信息，自動(dòng)化的記錄了從接種細(xì)胞開始并持續(xù)觀察三周。

應(yīng)用舉例-2
研究化合物介導(dǎo)效應(yīng)對(duì)培養(yǎng)的上皮和內(nèi)皮細(xì)胞的影響
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)源于豬腦微血管的內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞層跨膜阻抗值（TER）。對(duì)比在加皮質(zhì)醇(橙色曲線)和無(wú)皮質(zhì)醇曲線(藍(lán)色曲線)的無(wú)血清培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的細(xì)胞的差異。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,在加皮質(zhì)醇的條件下，跨膜阻抗值（TER）隨著時(shí)間逐步增加，這是由于腦內(nèi)皮細(xì)胞的屏障明顯加強(qiáng)引起的（下左圖）。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)源于豬脈絡(luò)叢的上皮細(xì)胞的電容值（Ccl）。對(duì)比在加血清培養(yǎng)基(橙色曲線)和無(wú)血清培養(yǎng)基(藍(lán)色曲線)中生長(zhǎng)的細(xì)胞的差異。在無(wú)血清培養(yǎng)基中，豬脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞的表面會(huì)生長(zhǎng)出更長(zhǎng)和更加濃密的微絨毛，這種分化過程導(dǎo)致融合的細(xì)胞層的電容值（Ccl）的顯著增加（下右圖）。

[1] Rutten, M.J., Hoover, R.L., Karnovsky, M.J., Electrical resistance and macromolecular permeability of brain endothelial monolayer cultures, Brain Res. 425, 301 (1987).
[2] Rothen-Rutishauser, B., Riesen, F.K., Braun, A., Günthert, M., Wunderli-Allenspach, H., Dynamics of Tight and Adherens Junctions Under EGTA Treatment. J. Mem. Biol. 188, 151 (2002).