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HCells高通量多模态心肌细胞功能检测系统：多维度解析生命功能的科研加速器

来源：北京心动康达信息技术有限公司 更新时间：2025-09-05 16:00:19 阅读量：65
导读：HCells高通量多模态心肌细胞功能检测系统：多维度解析生命功能的科研加速器

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随着生命科学的快速发展，单一维度的检测方式已逐渐无法满足科研需求。研究者不仅希望观察细胞的形态，还需要在同一平台上捕捉细胞的力学行为、信号动态与结构变化。这种多角度、多维度的信息融合，正在成为基础研究和转化应用的关键。
HCells高通量多模态心肌细胞功能检测系统正是在这一趋势下诞生。它突破了传统设备只能单点测量或低通量采集的局限，实现了对心肌细胞及其他多类细胞的力学、信号和结构三位一体的功能解析。

01

系统核心优势
1. 多模态整合
HCells集成了多种成像与检测手段，可在同一体系内实现牵引力测量、钙信号监测和肌节动态分析。这种三位一体的功能学框架，使研究者能够在单细胞水平全面捕捉兴奋-收缩耦联的动态过程。
2. 高通量与自动化
HCells特别注重科研效率：
  • 内置智能化采集与分析功能，可自动识别和定位细胞，减少人为误差。
  • 支持大规模巡航采集，实现数百细胞在短时间内的批量测量。
  • 批量数据可一键导出，支持多种可视化形式，方便进一步统计与对比。
3. 环境控制与扩展性
HCells兼容多种实验容器与培养基质，并可选配环境控制模块，为活细胞提供接近体内的实验条件。通过扩展装置，系统还能模拟电刺激、灌流等多种生理环境，为药理学与疾病模型研究提供更真实的场景。

02

广泛的应用领域
HCells不仅适用于心肌细胞研究，还能服务于多类细胞与疾病模型，成为跨学科研究的统一工具。以下为典型应用：
1. 心血管研究
  • 揭示心律失常、心力衰竭等疾病中细胞收缩力与钙信号异常的内在联系。
  • 在药物筛选中，快速识别对收缩功能或钙循环有显著影响的候选化合物。
  • 评估干细胞来源心肌细胞的功能成熟度，为再生医学提供定量指标。
通过北京心动康达信息技术有限公司的HCells高通量多模态心肌细胞功能检测系统对iPSC来源的心肌细胞（iPSC-CMs）进行牵引力分析显示，与野生型（cTnTWT）和基因校正型（cTnTCor）对照组相比，携带cTnTK185E突变的心肌细胞收缩功能显著降低，表现为总峰值力和位移减少。该突变导致的收缩缺陷在基因校正后得到明显改善，证实了cTnT（p.K185E）突变对扩张型心肌病肌节收缩力的损害作用。(Ye et al., 2025)
2. 眼科研究
  • 分析角膜内皮细胞在功能受损时的力学与钙信号耦合，探索角膜水肿机制。
  • 研究视网膜色素上皮细胞在氧化应激下的动态变化，助力AMD病因学解析。
  • 用于抗血管生成药物和神经保护剂的早期功能安全性评估。
TGFβ1、PDGF、FGF和IGF-1等生长因子通过调控角膜基质细胞牵引力，在角膜组织重塑和伤口愈合中的关键作用，为理解角膜疾病机制提供了重要依据。（Pot et al., 2023）
3. 呼吸系统研究
  • 揭示气道平滑肌在哮喘发作时的异常收缩动力学。
  • 评估急性呼吸窘迫综合征中肺泡上皮屏障功能下降的早期信号。
  • 帮助药物开发者筛选出能够改善收缩异常又不引发钙信号紊乱的化合物。
牵引力测定技术在呼吸系统研究中具有重要应用价值，它通过直接量化气道平滑肌细胞（ASM）的收缩功能变化，为支气管扩张剂的药效评估提供了精准的检测手段。该技术不仅能够复现β2肾上腺素受体激动剂（如沙美特罗、福莫特罗等）的剂量依赖性舒张反应，更能为哮喘、慢性阻塞性肺病等气道高反应性疾病的药物研发提供关键的体外力学评价指标。（Yoshie et al., 2018）
4. 内分泌与代谢
  • 在糖尿病研究中，捕捉胰岛β细胞钙瞬变与胰岛素分泌失衡的动态特征。
  • 在肥胖模型中，分析脂肪细胞力学柔顺性下降与代谢紊乱之间的关系。
  • 在骨代谢研究中，揭示成骨细胞与破骨细胞的功能失衡，推动骨质疏松机制研究。
在不同葡萄糖浓度下，胰腺β细胞中的钙离子浓度（[Ca2?]）会表现出显著差异。研究表明，当葡萄糖浓度（[G]）低于6 mM时，β细胞处于静息状态，[Ca2?]维持在较低水平（约60-100 nM）；而当[G]升至7-18 mM时，β细胞会表现出间歇性动作电位爆发，并伴随[Ca2?]的瞬时升高（约400 nM）；在更高葡萄糖浓度（>19 mM）下，β细胞则转为持续动作电位发放，[Ca2?]波动幅度进一步增大。钙离子动态变化是β细胞葡萄糖响应和胰岛素分泌的核心机制，其浓度变化直接影响离子通道、转运蛋白的活性以及能量代谢过程，因此在糖尿病研究中具有重要意义。(Cha et al., 2011)
5. 免疫与炎症
  • 追踪巨噬细胞在炎症反应中的迁移路径与牵引力变化。
  • 分析T细胞在免疫突触形成时的早期信号与力学事件。
  • 评估免疫调节剂或抗炎药物对免疫细胞多维功能的影响。
在免疫细胞研究中，牵引力测定是揭示细胞力学行为的关键技术。如图所示，通过牵引力测定技术，研究者能够量化细胞毒性T细胞（CTLs）在免疫突触中施加的压缩力，从而阐明其杀伤功能的力学基础。牵引力测定不仅帮助解析了免疫细胞如何通过力学信号调控靶细胞相互作用，还为理解免疫突触的动力学和效应功能提供了新视角。(de Jesus et al., 2024) 
6. 肿瘤与转移
  • 区分转移性肿瘤细胞与非转移性细胞的力学特征差异。
  • 研究循环肿瘤细胞在血流环境下的黏附与钙信号响应。
  • 辅助评估抗肿瘤药物在单细胞水平的即时作用与耐药机制。
细胞牵引力在肿瘤细胞研究中的应用主要体现在评估癌细胞的转移潜能和侵袭性。转移性癌细胞（如MDA-MB-231）通过肌动蛋白-肌球蛋白系统产生更高的牵引力，从而促进迁移和侵袭，而非转移性细胞（如MCF-7）的牵引力较低。牵引力测定技术通过量化细胞对基质的力学作用，成为研究肿瘤转移机制和筛选抗转移药物的关键工具。如图所示，通过牵引力热图和平均牵引力幅值对比了两种细胞的牵引力差异。（Liew et al., 2024）
7. 神经与肌肉
  • 在神经退行性疾病模型中，捕捉神经元牵引力与钙信号的早期改变。
  • 在肌肉疾病研究中，定量分析肌纤维收缩曲线，评估治疗效果。
  • 在神经-肌肉共培养体系中，揭示突触功能障碍的全过程。
牵引力在神经细胞生长和导向过程中起着关键作用，尤其在神经元生长锥的迁移和轴突延伸中，牵引力的动态变化直接影响细胞与基质的黏附及细胞骨架的重排。研究表明，生长锥通过产生牵引力与胞外基质相互作用，从而引导神经元的定向生长和突触形成。牵引力的测定对于理解神经发育、再生及损伤修复机制至关重要。（Athamneh et al., 2015）
8. 干细胞与再生医学
  • 追踪干细胞在分化过程中的牵引力变化与钙信号节律。
  • 研究囊胚发育过程中细胞间机械耦合与信号传递的双重机制。
牵引力在干细胞研究中扮演着重要角色，尤其是在调控细胞分化、形态变化和功能特化的过程中。例如，研究表明，细胞表面力学特性（如膜张力、膜-皮层附着）直接影响胚胎干细胞的命运决定，而牵引力的测定为理解这些力学信号提供了关键工具。通过精确测量牵引力，研究人员能够揭示力学因素如何与生化信号协同作用，从而调控干细胞的自我更新或分化。（Bergert et al., 2021）

03

结语：科研创新的加速器
HCells高通量多模态心肌细胞功能检测系统不只是实验室里的一台设备，而是科研人员理解生命复杂过程的一把钥匙。它以多模态检测为核心，以高通量和智能化为驱动，帮助研究者在更短时间内获得更深入的科学发现。
未来，随着人工智能和数据科学的进一步发展，HCells将不仅是功能测量的工具，更会成为连接细胞功能—分子机制—临床转化的科研加速器。

END


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