基于扫描离子电导显微镜的干细胞表面形貌与电荷分布同步成像

细胞表面电荷与其生理功能密切相关，如电生理信号传导、细胞生长与分裂、粒子摄取等，因此细胞表面电荷的可视化与不均匀性检测有利于深入理解细胞功能。扫描离子电导显微镜（scanning ion conductance microscopy，SICM）作为一种非接触式的扫描探针显微技术，其成像分辨率高，扫描速度快，对成像样品无损伤，可在纳米尺寸下对活细胞表面结构和功能进行研究，还可以测量样品整体和局部表面电荷分布情况，是研究样品表面形貌与电荷分布的强力工具。

课题组近日在Small Methods发表了题为Imaging Structural andElectrical Changes of Aging Cells Using Scanning Ion Conductance Microscopy的研究型文章，提出了一种基于ΔI-SICM技术的表面形貌和电荷同步成像方法，并应用在人源牙髓干细胞（human dental pulp stem cells, hDPSCs）表面形貌与电荷分布研究。

南京医科大学生物医学工程与信息学院电磁生物环境与医学先进诊疗技术实验室硕士生宋瑶与博士生张舒婷为文章的共同一作。实验室通过单点逼近与成像实验确定了ΔI-SICM检测表面电荷能力的可靠性，多次测试得到了同步检测的适宜条件，并将不同分子修饰的PDMS薄膜作为基底，获取其粗糙度、高度、表面形貌与电荷分布等信息。实验证明了ΔI-SICM检测表面电荷的优越性，并利用其对人源牙髓干细胞的表面形貌与电荷分布同步成像，得到了细胞表面形貌与电荷分布的变化趋势，发现传代衰老的人源牙髓干细胞表面电荷与正常人源牙髓干细胞有明显差异。该研究利用改良后ΔI-SICM技术对活细胞外膜电荷分布进行检测，为不同状态下细胞的形态学和电学变化提供独特见解。

图1. APTES-PDMS基底表面形貌和电荷分布(ΔI)同步成像 (a-b)SEM图和3D形貌图(c-d)2D形貌图和相应的表面电荷分布(e)探针位移（黑色）和离子电流（蓝色）变化的时间轨迹图

图2   hDPSCs-p4和-p14细胞的比较分析 (a-g)细胞的衰老生物学指标表征(h)细胞形貌和表面电荷分布图(i) 两组细胞图像获得平均ΔI值的比较

论文信息：

Imaging Structural andElectrical Changes of Aging Cells Using Scanning Ion Conductance Microscopy

Yao Song, Shuting Zhang, Chen Cao, Jia Yan, Mei Li,Xinyu Li, Feng Chen,^* and Ning Gu^*

Small methods

DOI:10.1002/smtd.202301315

原文链接：https://doi.org/10.1002/smtd.202301315

（撰稿/陈峰）