CN110140050B - 用于研究生物细胞的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了操纵和/或研究细胞体(9)的方法。所述方法包括以下步骤：提供样品容纳器(3)，该样品容纳器包括用于容纳流体介质(11)的容纳空间(5)；提供位于所述容纳空间(5)中的包含流体介质(11)中一个或多个细胞体(9)的样品(7)；在容纳空间中产生声波，该声波对容纳空间(5)中的样品(7)施加力(F)。所述方法还包括为容纳空间(5)提供待与样品(7)接触的功能化的壁表面部分(17)，并且在施加声波的步骤的至少部分期间，样品(7)与功能化的壁表面部分(17)发生接触。本发明还提供了系统和样品容纳器(3)。

Description

用于研究生物细胞的方法和系统
技术领域
本公开涉及用于研究生物细胞的方法和系统。
背景技术
生物细胞具有外膜。该膜是细胞与其环境之间的界面。因此，该膜为多个涉及膜嵌入生物分子的过程构建了平台，使得生物分子与细胞外空间中的结合配偶体发生物理接触。
因此，已经开发了多种技术用于通过与细胞膜的相互作用来研究细胞和亚细胞过程，并且已经设计了一些技术用于量化细胞表面的组分以获得特定细胞类型(例如具有或不具有侵袭性的乳腺癌细胞)的信息。大多数技术需要与细胞的物理接触，然而，最近已经开发了多种力场技术，但这些技术往往需要将外来物粘附到细胞上和/或对细胞具有损害，例如，参见以下综述文章：A.P.Liu,“Biophysical tools for cellular and subcellularactuation of cell signalling”,Biophys.J.111:1112-1118(2016)。
然而，人们追求更强大的工具，特别是提供更强信号的工具，并且如果可能的话，该工具不易损害细胞。鉴于此，本文提供了基于声力来操纵和/或研究细胞体的方法和系统。
应注意，通常已知使用声力来操纵微米尺寸的颗粒和细胞。例如，WO 2014/2002341提供了用于研究附着于微珠的生物分子的声波系统的示例；以下文献还讨论了通过超声微束或“声学镊子”的细胞操纵：J.Lee et al.,“Targeted cell immobilizationby ultrasound microbeam”,Biotechnol.Bioeng.108:1643(2011)；D.Baresch et al.,“Observation of a Single-Beam Gradient Force Acoustical Trap for ElasticParticles:Acoustical tweezers”,Phys.Rev.Lett.116:024301(2016)。此外，目前关于声流体的研究的总结可参见以下文献：V.Marx,“Biophysics:using sound to move cells”,Nature Methods,12(1):41(2015)。以下文献提供了综述：H.Mulvana et al.,“Ultrasoundassisted particle and cell manipulation on-chip”,Adv.Drug Del.Rev.65(11–12):1600(2013)；A.Lenshof et al.“Acoustofluidics 5:Building microfluidic acousticresonators”,Lab on a Chip,12:684(2012)；M.Evander,J.Nilsson.“Acoustofluidics20:Applications in acoustic trapping”,Lab on a Chip,12:4667(2012)。
然而，所有这些技术都受困于信噪比低、检测慢、样品尺寸小和/或仅与所探测细胞的细胞膜具有局部和间接的相互作用。因此，仍然需要进一步发展用于生物学研究和/或用于测量多个样本的样品。
发明概述
鉴于上述内容，本文提供了一种操纵和/或研究细胞体(cellular body)的方法。此外，还提供了一种用于研究生物细胞体的操纵系统。关于上述两者的各种实施方案和方面的讨论如下。
根据上面的讨论，本文提供了一种操纵和/或研究细胞体的方法。该方法包括以下步骤：提供样品容纳器(sample holder)，该样品容纳器包括用于容纳流体介质的容纳空间(holding space)；在容纳空间中提供样品，该样品包含流体介质中的一个或多个细胞体；在容纳空间中产生声波，该声波对容纳空间中的样品施加力。该方法还包括为容纳空间提供待与样品接触的功能化的壁表面部分，并且在施加声波的步骤的至少部分期间，样品与功能化的壁表面部分接触。
因此，可以研究样品中的一个或多个细胞体与功能化的壁表面部分的相互作用，例如，细胞体与功能化的壁表面部分的粘附力(adhesion)和声波(的力)的关系。本公开提供的方法允许研究细胞体与功能化的壁部分的结合力(bonding force)；可以同时探测细胞体与壁部分的整个接触表面。这涉及结合(bond)的数量和每个结合的结合力。此外，可以同时研究多个细胞体，这可以在一个或几个测量内提供统计分布信息。
细胞体可以是细胞部分，如亚细胞细胞器、细胞核和/或线粒体。然而，细胞体也可以是单细胞的或多细胞的，如小的成团的细胞群、植物或动物biopts、分裂细胞、出芽酵母细胞、原生生物集落(colonial protist)等。细胞体也可以是发育早期的动物胚胎(例如哺乳动物的桑椹胚期(morula-stadium)，可能是人胚胎)。在特定情况下，可以一起研究不同类型的细胞体。例如，可以使用来自粘膜拭子、血液样品或其他探测技术的细胞体。
样品流体(sample fluid)是在声力(acoustic force)的影响下细胞体可以在其中移动的任何流体物质并且在声力研究的时间范围内，细胞体应该能够通过流体落到样品容纳器的壁部分，特别是根据样品容纳器的空间取向和声力的方向而落到功能化的壁部分或从功能化的壁部分落下。注意，声力研究通常可持续亚秒时间段至数个小时甚至数天；优选细胞体的运动在亚秒到秒的范围内。流体应该是能够传输和维持超声波长的时间。合适的流体是液体和凝胶，例如水、含水流体、生物相容性溶剂、油、凝胶、气凝胶、水凝胶和体液，尽管可能期望使用光学研究在任何实施方案中获得足以允许成像的光学透明度(也参见下文)。
声波优选是体声波(bulk acoustic wave)，其防止局部力并且能够在整个细胞上施加力。声波优选地是驻波声波(standing acoustic wave)，其在样品容纳器中跨越样品提供明确限定的力图谱(force profile)。
该方法使得能够研究一个或多个细胞体的各种性质。具体实例是细胞体上生物分子的存在、不存在和/或丰度的量化，细胞体对于功能化的表面部分的表面粘附力和/或粘附动力学，任何上述性质在细胞体内的生物过程活性影响下的差异。
目前目的在于分析细胞表面生物分子组成和丰度的细胞粘附测定和方法需要大量细胞，非常费力并且依赖于昂贵的仪器，例如需要标记并有可能损害待研究的细胞(例如细胞裂解，抗体标记)。此外，这些技术通常缺乏评估细胞粘附力和细胞粘附动力学的能力，特别是在单细胞水平。目前提供的方法使得能够平行地研究多个单体细胞体的各种性质，因为样品中的多个细胞体都可与功能化的壁表面部分接触并发生相互作用。这可提高研究结果的准确性，并且可避免假阳性或者假阴性结果。
目前提供的方法能够研究细胞体本身，而不会使将外来物粘附至细胞体，例如微珠、磁铁、发色团、抗体、各种其他标记物等，而这通常是当今的细胞操纵和研究技术中需要的。通过本公开的方法可以保持细胞体基本上不受损害，并且可以理解，在进行该方法后，可以将细胞体给予测试受试者和/或返回捐赠该细胞体用于研究的受试者；例如可从受试者中取出一个或多个T细胞、白细胞、红细胞和类似的细胞体，根据该方法进行研究，然后可以用各种其他方法(单细胞测序、荧光显微镜、冷冻电子显微镜等)进一步分析，和/或给予另一个受试者(例如献血)或返回到原始受试者自身。较小的细胞体(例如取自血浆的)也可在捐赠或返回前进行研究。类似地，可以在人工子宫内或体外受精之前研究精子和/或卵子，并且可以在植入雌性受试者中进行妊娠之前筛选受精卵和/或第一阶段胚胎(例如桑椹胚或囊胚阶段)。
合适的相互作用部分(interaction moiety)可包含用于选择性结合特定靶标(例如微生物细胞或癌细胞)的抗体。例如，存在针对几种主要医院感染的特异性抗体。这种相互作用部分通常可有效地将相互作用部分的缀合物(conjugate)递送至哺乳动物的预定病理部位。病理部位可包含靶标部分(target moiety)，其与相互作用部分一起构成特异性结合对。在本公开的情况下，相互作用部分可连接到功能化的壁部分中的壁上，例如通过直接连接或通过从引导物(primer)形成或与引导物形成相互作用部分，并且结合对可具有足够的结合力以将细胞体粘附到功能化的壁部分。
相互作用部分可包含结合至细胞表面抗原的抗体或抗体片段，或特异性结合至细胞表面受体的配体或配体片段。在该组中，结合至细胞表面抗原的抗体或抗体片段因为其结合选择性而可能是优选的。例如，癌细胞通常在其表面上具有肿瘤相关抗原。它们的互补抗体将非常选择性地结合至这些肿瘤相关抗原。然而，配体或配体片段也是合适的。已知各种肽以高的亲和力结合其受体同系物，因此是适合与本发明的放射性同位素结合的配体。受体是质膜蛋白，其结合诸如生长因子、激素和神经递质的分子。肿瘤从表达这些受体的某些亚群的特定细胞类型发展而来。利用受体和配体之间的这种结合亲和力，使靶标特异性研究和/或细胞体的鉴定成为可能。
类似地，免疫应答依赖于免疫细胞与其细胞表面之间的复杂的相互作用级联。例如，B细胞活化取决于B细胞表面上表达的B细胞受体与暴露于抗原呈递细胞(APC)表面的抗原的结合。这反过来又引发细胞内和细胞间事件的级联，导致抗体分泌和补体系统对病原体的攻击。同样，T细胞活化通过APC表面上的抗原与T细胞表面上的T细胞受体的相互作用而发生。此外，T细胞在炎症/感染部位的募集依赖于T细胞从血流外渗到组织中的。外渗(extravasation)是通过细胞因子调节的多步粘附至血管上皮的过程而启动的，然后转移通过血管细胞壁。免疫缺陷和自身免疫疾病代表免疫应答的失衡。在可导致异常免疫应答(例如改变的淋巴细胞活化、细胞粘附、细胞迁移和病原体攻击)的所有过程中，细胞表面上的生物分子与细胞外环境中的结合配偶体的相互作用是关键。
受体-配体对的代表性实例如下：
受体 配体
表皮生长因子受体 表皮生长因子(53个氨基酸)
血小板衍生的生长因子受体 血小板衍生的生长因子
胰岛素样生长因子受体 胰岛素样生长因子
胰高血糖素生长因子受体 胰高血糖素(23个氨基酸)
血管加压素受体 血管加压素(9个氨基酸)
促甲状腺激素受体 促甲状腺激素
胰岛素受体 胰岛素
该方法可以包括以下至少一种：将样品流体引入至容纳空间和/或从容纳空间移除样品流体，例如，使样品流体流动通过容纳空间。这尤其可以在施加声波的步骤的至少部分期间完成，但在此之前或之后也是可能的。引入的样品流体可包含一个或多个细胞体。
因此，可以在施加声波的步骤的至少部分期间，将样品引入至容纳空间和/或可以使其与功能化的壁表面部分接触。此外或可选地，未粘附到功能化的壁表面部分的样品部分可以通过流体流动移位，使得可在本研究中包括运动动态分量(motion dynamiccomponent)，例如，流动诱导的侧向力分量(lateral force component)。
这样的实施方案还可用于进行以下一个或多个：引导(priming)表面，引入样品，回收样品，施加力，在样品体积内运输(部分)样品，向样品引入一种或多种调节剂和/或引入用于功能化的壁表面部分的引导物。调节剂可以例如包含营养或有毒物质或生物活性样本，以研究它们对细胞性质的影响。
在一个实施方案中，给功能化的壁表面部分提供有一个或多个引导物。引导物可包含一种或多种类型的相互作用部分。特别地，功能化的壁表面部分提供有一种或多种物质，该物质包含以下至少一种：抗体，肽，生物组织因子，生物组织部分，细菌，抗原，蛋白质，配体，细胞，组织，病毒，(合成)药物化合物，脂质(双)层，纤连蛋白，纤维素，核酸，RNA，小分子，变构调节剂，(细菌)生物膜，“器官芯片”，和/或特定的原子或分子表面部分(例如金表面)，其中相对于其他表面部分，至少部分样品倾向于(tend to)优先粘附在其上，如本公开中其他地方也示出的。
本公开的方法提供用于多种研究和/或相互作用，其可能例如主要是物理或化学或生物学性质，但其间的或混合的任何其他性质可能是显而易见的。
一个实施方案包括改变容纳空间中的声波的频率和振幅中的至少一个，优选根据时间改变。
因此，可以调节施加在容纳空间中的样品上的力。通过根据时间改变力，可以研究粘附强度、粘附力学(adhesion dynamics)和(粘附)动力学(kinetics)中的一种或多种。
一个实施方案还包括检测和/或监测至少一个细胞体的至少一种性质的步骤。所述至少一种性质包括或者是以下至少一种：细胞完整性、细胞体与至少部分功能化的壁表面部分的粘附、至少一个细胞体的运动、荧光发射、至少一个细胞体的活力迹象、与声波的相互作用等。所述检测和/或监测的步骤包括光学检测，例如通过拍摄(photographing)、照相(filming)和显微镜中的一种或多种进行光强度检测和/或光学成像；此外或可选地，可采用声学检测，例如表面声学检测。
光学信号可取决于粘附到功能化的壁表面部分的细胞体的量。另一种光学信号可取决一个或多个细胞体于一维、二维和/或三维体积中的位置，可能还取决于时间。
在一个实施方案中，可以使用基于干涉的跟踪(interference based tracking)来研究一个或多个细胞体。例如，提供一种检测器装置，其包括检测器，以产生检测器和/或光源的焦平面的(可能是数字的)图像。检测器装置可以是或包括摄像机。然后，干涉图案，特别是衍射图案，可能由未聚焦的细胞引起。通过处理这种干涉图案或一系列这样的干涉图案，可以计算垂直于焦平面的一个或多个细胞体的位置和/或位置变化。可使用一系列这样计算的位置(可能与时间戳组合)，来跟踪这种细胞体在垂直方向上的运动。这可与细胞体的横向位置组合，以获得更高的维度跟踪。照明可优选包括平面波前照明，例如由发光二极管(LED)提供。
该方法可包括以下中的至少一个：细胞分选；跟踪一个或多个细胞体的运动，作为声力、样品流体的流动和样品流体的组成中的至少一个的函数(function)；监测一个或多个细胞体的光学活性，例如，发光(如磷光、荧光、生物发光、光合成、光谱吸收差异等)；改变样品容纳器的温度和/或温度图谱；改变样品容纳器的照明和/或照明图谱；改变样品流体的组成。这些技术使得影响膜和/或结合过程本身的多个(亚)细胞过程的研究成为可能。例如，可以通过以下进行细胞分选：使至少部分样品与功能化的壁表面部分接触；在容纳空间中产生第一声波，其向容纳空间中的样品施加第一力，从而导致样品的第一数量的细胞体从功能化的表面部分分离；移动第一数量的细胞体；并且在容纳空间中产生第二声波，其向容纳空间中的样品施加第二力，该声波和力分别不同于第一声波和第一力，从而导致样品的第二数量的细胞体从功能化的表面部分分离；移动第二数量的细胞体。借助于不同的声波和力，不同类型的细胞体被选择性地移动，使得能够识别和/或分离不同类型的细胞体。移动可能包括从容纳空间中移除并且可从样品容纳器完全移除。光学作用可能受到与表面上的相互作用部分发生的细胞相互作用的影响。在一个实施方案中，该方法包括量化至少一个细胞体和功能化表面部分之间的粘附强度的步骤。
可以通过测量细胞体从表面部分脱附的速度来确定从功能化的表面去除细胞体的力(破裂力)。可以通过及时跟踪细胞体来测量该速度。假设细胞体是球形的，细胞体上的力可以通过Stoke’s定律估算：F_声学＝F_drag＝6πηRv，其中η是介质的动态粘度(在本文中：在细胞体位置的样品流体)，R是细胞体的半径，v是细胞体在力的方向上相对于样品流体的速度。这也可以用于校准有效声力与施加的声学信号。一个或多个微珠或其他已知颗粒可以包括在样品中作为用于校准的参考物体。
根据所提出的方法的实施方案，该系统的一个实施方案包括样品容纳器，该样品容纳器包括用于容纳样品的容纳空间，该样品包括在流体介质中的一个或多个生物细胞体；以及声波发生器，其可连接或连接样品容纳器，以在容纳空间中产生对样品施加力的声波。通常，对于流体，使用水或基于水的缓冲液。然而，也可以使用油和(水)凝胶。在样品包含患者材料的情况下，流体可以是体液。样品容纳器包括壁，该壁为容纳空间提供功能化的壁表面部分，该壁表面部分在使用中与至少一部分样品接触。
该系统，特别是样品容纳器，可以设计成使得声学振幅最大值位于功能化的壁表面处或附近，或者细胞体(预期)特别容易受到的(高)力作用在该功能化的壁表面处或附近是非常敏感的。
样品容纳器可包括形成容纳空间的凹部(recess)。样品容纳器可以是单一的或由多个物体构成，例如，横截面至少局部呈U形的部分，以及覆盖和闭合U形部分的盖部分，其在横截面中提供封闭的容纳空间。封闭的容纳空间可以在所有方向上是封闭的，或者它可以具有一个或多个入口和/或出口，例如形成一个连续的通道。
声波发生器可以永久地连接到样品容纳器，可能集成在样品容纳器的一部分中。在另一个实施方案中，声波发生器可以重复地连接到样品容纳器，或者可以通过声传输介质连接以与样品容纳器形成声腔。作为示例，超声波可以由压电发电器、机电发电器、光发生器(例如，使一部分经受一系列激光脉冲)和其他技术(可能组合)产生。为了产生驻波，包括样品流体的样品容纳器和连接到样品容纳器的可能结构可在一个或多个方向上形成用于特定频率的超声腔。然后样品容纳器可以经设计防止或促进不同的和/或不同方向的声学模式的模式混合。
声波发生器可以包括或者是体声波发生器，以在容纳空间和/或在包含在其中的样品中产生体声波。
在一个实施方案中，功能化的壁表面部分提供有一种或多种引导物。引导物可包含一种或多种类型的相互作用部分和/或其前体。特别地，提供的功能化壁表面部分包括以下至少一种：抗体；肽；生物组织因子；生物组织部分；细菌；抗原；蛋白质；配体；细胞；组织；病毒；(合成)药物化合物；脂质(双)层；纤连蛋白；纤维素；核酸；RNA；小分子；变构调节剂；(细菌)生物膜；“器官芯片”；特定的原子或分子表面部分(例如金表面)，其中相对于其他表面部分，至少部分所述样品更倾向于优先粘附在其上；纳米结构化或微结构化的表面部分，例如微柱，微脊等。
通过向功能化的表面部分提供一种或多种引导物，细胞体的细胞和功能化的表面部分之间的特定预定相互作用可能在细胞体与此部分接触时受到影响或由此引起。例如，细胞体可能粘附在壁上。此外，细胞体的细胞中或细胞上的一种或多种其他生物过程也可受到影响或由此引起，这可以在系统中研究。
在一个实施方案中，功能化的壁表面部分包括待与样品接触的多个相互不同的功能化的壁表面部分。
这有助于研究细胞体和功能化的表面部分之间的不同的预定相互作用。
不同部分可以使用各种技术例如印刷来形成，可以以各种图案排列，并且其可能具有重复部分。
在一个实施方案中，样品容纳器连接或可连接到流动系统，以用于将流体引入容纳空间和/或从容纳空间移除流体，例如使流体流动通过容纳空间。流体流动系统可包括在操纵系统中。流体流动系统可包括一个或多个储存器、泵、阀和导管，用于顺序地和/或同时地引入和/或移除一种或多种流体。
由此被引入、移除或流动通过容纳空间的流体可包括样品材料，例如以下的一个或多个：样品流体、细胞体、细胞体上的作用物等。因此，可以在实验之后回收样品的一个或多个部分，和/或可以顺序或平行地提供不同的样品条件，例如，一个或多个不同的pH值，不同的稀释度如盐浓度，不同的流体组成和不同的细胞体。此外，可以引入细胞体上的作用物，例如营养素、化学物质、病毒等。流体还可包含一种或多种溶解的夹带气体，或特别是在基于水凝胶和/或气凝胶的流体中的夹带气体，如N2，CO2，O2，稀有气体如Ne、Ar，有毒气体如CO、O3、NOx，和其他可能具有生物效应的气体，如含氰化物的气体、乙烯等。气体也可以是不同组分的气体混合物，其具有受控的组成或具有不受控制的组成，如环境空气。认为至少在研究样品期间，应该防止可能干扰容纳空间内的期望声力图谱的声学指数变化，例如流体中的密度变化，特别是尺寸在容纳空间的内部尺寸(例如横跨容纳空间的宽度和/或高度的主要部分)的量级内的气泡。然而，尺寸在容纳空间内部尺寸的约十分之一或更小量级的微泡，例如对于分别具有约50微米的高度和/或宽度的容纳空间，小于约5微米的微泡可用作图像参考、力集中器(force concentrator)、对比物(contrast object)、力探针(forceprobe)等中的一个或多个。还要注意，可以使用大气泡来推动样品流体通过样品容纳器，并且在这种情况下可以获益。
对样品容纳器内的流体的量和/或组成的控制也可用于控制样品体积。
该系统可以经设置将流体引入容纳空间和/或从容纳空间移除流体，例如使流体流动通过容纳空间，同时操作声波发生器，以在容纳空间中产生对样品施加力的声波。因此，运动动态分量，例如流动诱导的侧向力分量可包括在研究中。因此，该系统也可以包括在流式细胞术系统或其他流动系统中，例如，与在线冲洗系统集成。
流动方向可以垂直于声力的方向，或者至少是其主力方向分量。
在一个实施方案中，声波发生器是可控制的，以调节频率和振幅中的至少一个用于产生可调节声波，优选根据时间来调节，其中特别地，声波可以是驻波。
这使参数化研究成为可能。在特定情况下，可以在至少两个数量级上调整振幅。声的频率可取决于样品容纳器的几何形状，但它们通常可介于1至100MHz之间。在容纳空间的三个垂直方向(例如高度、宽度、长度)中的任何一个方向上的样品容纳空间的开口尺寸可以在1至1000微米之间的范围内，使得容纳空间通常可以具有0.1微升至100微升，或甚至高达1毫升的体积，并且具有各种几何形状，如“芯片实验室”样品容纳器。重要的是样品容纳器可以在样品中有效地提供和维持声波。
可以同时操纵和/或测量单个细胞体或多个细胞体。大量的多个细胞体可形成表面体(surface bulk)，例如细菌菌落。在一个实施方案中，多个单独的细胞体可以分开但平行地进行操纵和/或测量，其与表面体研究相反。
声波信号可以在几个数量级上变化，例如，持续时间从亚秒到数十分钟甚至更长，其取决于样品的性质和稳健性以及其中的过程。
声波的合适频率可以由样品容纳器的至少一部分(例如声腔)的尺寸确定(是否与声学发生器结合)；频率可以是该部分中的声波的共振频率，其可能与该部分中的驻波声波相关联。可以在操作前和/或在操作中确定最佳频率。认为共振频率可以施加比非共振声波高几个数量级的声力。
依赖于时间的调整可以使得能够基于预定的频率和/或振幅模式，例如脉冲、斜坡(ramp)、重复调制和/或扫描(sweep)(例如频率啁啾)，进行研究。也可以应用不同的频谱。使用这些技术，可以选择性地或共同地例如通过推或拉来操纵颗粒。
该系统可包括多个声波发生器，其可以经布置用于产生声波，该声波就频率、振幅以及各自的频率和/或振幅的时间依赖性中的至少一个相互不同，和/或其中至少一个是可控制的，以调节各声波的频率和/或振幅用于产生可调节的声波，优选根据时间来调节。因此，可以提供一个或多个另外的声波发生器以产生复杂的力场，在特定实施方案中，声波发生器与样品容纳器连接以在容纳空间中从垂直方向产生声波，这可单独控制。
根据一个实施方案，操纵系统包括用于检测一个或多个细胞体对声波(由其施加的力)的响应的检测器。由此可以研究操纵一个或多个细胞体的效果。
检测器可包括光学检测器。光学检测器可包括光电二极管、光电二极管阵列、摄像机和/或显微镜，但是，对于特定的实验，没有图像分辨率的光电池也可以满足要求，例如对于体测量(bulk measurement)。数码摄像机和/或胶卷摄像机被认为是合适的，优选具有可调节的成像帧率。检测器可以是波长选择性的，例如包括一个或多个滤色器。可能提供多个检测器，其对不同波长具有波长选择性。
在一个特定的实施方案中，检测器包括共焦显微镜和/或超分辨率显微镜，例如(近场)扫描光学显微镜(“SOM”/“NSOM”)、结构照明显微镜(“SIM”)、多色激发光源。
通常，可以使用明场照明，例如LED照明。然而，也可采用暗场成像。使用软件，可以以低于衍射极限的准确度研究(部分)样品，即使显微镜本身不是超分辨率显微镜。然而，检测器不一定是显微镜。如果仅测量表面处细胞的存在，则可以使用简单的检测器，例如，使用全内反射荧光显微镜(“TIRF显微镜”)就足够了。其他选择包括表面等离子体共振检测和/或无透镜成像(例如，通过将摄像机芯片直接放置在样品下方而不使用透镜进行成像)。
此外，可采用声学检测；表面声波能够检测表面上的物体，例如通过对波的影响，例如由于声能的吸收和/或反射而在振幅、相位和/或传播方向的差异等。因此，可用体声波在声学上操纵细胞体，并且用表面声波沿着各自表面检测停留在表面上的细胞体的量，特别是结合在表面上的细胞体的量。合适的声学检测器包括用作传感器元件的压电致动器(piezo actuator)。
尽管接触检测和/或其他形式的检测可以与声力研究结合使用，但可优选光学检测，因为这可在很少或没有影响生物细胞体或不与生物细胞体发生相互作用的情况下完成。此外，可使用许多不同的经证明的光学技术和系统。对于光学检测，系统可以提供有光源。光源可以是多色的或单色的，这可引起或者更确切地是阻止与(部分)样品的光学相互作用，并且可减少或防止光学检测的光学(色)像差。依赖于光学干涉、折射、衍射中的任何一种的光学检测可受益于光源，该光源在样品的位置处提供具有平面波前或其他受控的波前的照明。
在一些实施方案中，该系统包括光源、存储器(memory)、用于跟踪一个或多个细胞体的跟踪系统和用于执行与显微镜检测技术相关的显微镜计算和/或分析的控制器中的一个或多个。跟踪系统可以经设置而执行2维(“2D”)和/或3维(“3D”)跟踪。在一个实施方案中，3D跟踪可用于测定细胞体通过周围介质的速度，其也可用于测定系统在细胞体上的声力和/或细胞体与系统的声力的相互作用。跟踪系统和/或控制器还可与声波发生器连接以控制系统的操作。
该系统可包括传感器和与声波发生器连接或可连接的控制器，以用于响应于来自传感器的信号而控制声波发生器的操作。因此，可提供有反馈系统。
然而，所述系统和方法可能已经非常有效且有益于仅以绝对数量和/或作为相对分数量化粘附于功能化的表面的细胞体的量，而无需详细研究相互作用或单体行为。
在一个实施方案中，该系统包括用于操纵一个或多个细胞体的光学镊子系统、磁性镊子系统、静电镊子系统和接触探针中的一个或多个，其中可相应地制备一个或多个细胞体，并且可提供用于其制备的系统。
在一个实施方案中，所述系统包括用于激发和/或询问样品中的一个或多个光学活性部分(例如发色团等)的光源，例如用于使用荧光检测。光源可包括激光器，光源优选地是波长可调的。
所述系统可以作为独立系统、台面仪器或甚至作为手持仪器提供。
一个实施方案还包括检测器以产生焦平面的数字图像，并且其中该系统提供有计算设备，以通过处理由一个或多个未聚焦的细胞体引起的干涉图案来计算一个或多个细胞体在垂直于焦平面的方向上的位置。这使得能够干涉检测并沿着成像方向(垂直于声波和/或功能化的表面的方向)确定和跟踪细胞体。一个实施方案可包括用于调节样品容纳器的温度和/或温度图谱的热元件。热元件可包括简单的电加热线或更复杂的元件，如一个或多个Peltier元件，其可实现精确的热控制并且可提供加热和冷却两者。
另一方面，提供了用于本文所述系统和/或方法的样品容纳器。样品容纳器包括用于容纳样品的容纳空间，所述样品包括流体介质中的一个或多个细胞体；以及声波发生器，其与样品容纳器连接，以在容纳空间中产生对样品上施加力的声波，其中样品容纳器包括壁，该壁为容纳空间提供功能化的壁表面部分，该功能化的壁表面部分在使用中与至少一部分样品发生接触。
样品容纳器可以形成有连接部分，该连接部分与装置的相应相反连接器(counterconnector)连接，所述装置包括相关的超声波发电机和检测系统，例如，一个或多个光源和光学检测器，以用于提供系统和/或执行该方法。
因此，提供了能够检测细胞体表面的生物分子存在和/或量化细胞体表面的生物分子丰度的方法和系统。该方法和系统允许量化小至单体水平的粘附动力学和粘附强度，因为每个单独的细胞体可以是不同的并且与功能化的表面进行不同的相互作用；还允许平行地量化高达数百或数千个细胞体。该方法和系统各自组合了声力谱、微流体、表面功能化和多个细胞体的实时(超分辨率)视频跟踪、甚至可能是单细胞实时超分辨率视频跟踪的方面，从而以高度并行的方式对细胞体进行小至单体水平的力谱分析。在微流体腔内产生共振体声波允许直接和立即地对细胞体施加力。
注意，在典型的设计中，形成容纳空间的微流体室自身不形成声腔，而是在整个样品容纳器上(例如，包括压电元件、顶部玻璃、流体层和底部玻璃层的芯片)形成驻波。如果仅在微流体层上产生驻波，则边界处的力可能变得非常小并且可能不足以将任何细胞体从表面脱附，这可能损害检测可能性。结合实时(单细胞)视频跟踪，本公开的技术能够精确地检测细胞体的粘附事件并量化由相互作用传递的粘附力，该相互作用是在细胞体表面上的(生物)分子和微流体样品体积的功能化的壁表面部分的相互作用。注意，运动检测可能都不需要在任何给定时间的精确的位置检测，并且在特定时间的样品部分的位置检测不需要检测和/或跟踪此时样品部分的移动。
附图简要说明
下面将参考附图以更详细且更有利地来更进一步解释上述方面，附图通过示例的方式示出了多个实施方案。
图1是操纵系统的一个实施方案的示意图；
图2是用于图1系统的样品容纳器的示意图；
图2A是如所示的图2的示意性细节；
图3A-3D表示样品中的细胞体与样品容纳器的功能化的壁表面部分的相互作用，其中样品容纳器和其中的细胞体经受(图3C-3D)或不经受(图3A-3B)样品容纳器上的声波对样品施加的力；
图4A-4D表示改变容纳空间中的声波对细胞体上的力的效果；
图5表示通过容纳空间中的声波研究细胞体上的相互作用动力学的方法。
图6A-6C示出了实验结果；
图7A-9C示出了进一步的实验结果；
图10描绘了实验测试的总结结果；
图11表示通过容纳空间中的声波研究细胞体上的相互作用动力学的另一种方法。
实施方案的详细描述
注意，附图是示意性的，不一定按比例绘制，并且可以省略对理解本发明而言所不需要的细节。除非另有说明，否则术语“向上(upward)”，“向下(downward)”，“在......下方(below)”，“在......之上(above)”等涉及在附图中指出的实施方案。此外，至少基本相同或至少执行基本相同的功能的元件用相同的数字表示，这有助于用字母后缀个性化。
图1是根据本公开的构思的操纵系统1的实施方案的示意图，图2是样品容纳器的剖视图，图2A是图2的样品容纳器的细节，如“IIA”所示。
系统1包括样品容纳器3，样品容纳器3包括用于容纳样品7的容纳空间5，样品7包含流体介质11中的一个或多个生物细胞体9。流体优选为液体或凝胶。系统1还包括声波发生器13，例如压电元件，其与样品容纳器3连接，以在容纳空间5中产生声波，该声波对样品7和样品7中的细胞体9施加力。声波发生器13与任选的控制器14和电源连接，此处是集成的。
样品容纳器3包括壁15，壁15为容纳空间5提供功能化的壁表面部分17，其在使用中与样品7的一部分发生接触。
所示出的操纵系统1包括具有可调节物镜21的显微镜19和与包括控制器和存储器的计算机25连接的摄像机23。计算机25还可以编程，以用于基于来自摄像机23的信号跟踪一个或多个细胞体和/或用于执行显微镜计算和/或用于执行与超分辨率显微镜和/或视频跟踪(其可以是子像素视频跟踪)相关联的分析。计算机或另一控制器(未示出)可与系统1的其他部分(未示出)连接，用于控制显微镜19和/或另一个检测器(未示出)的至少一部分。特别地，计算机25可与声波发生器13、其电源和其控制器14中的一个或多个连接，如图1所示。
该系统还包括光源27。光源27可使用任何合适的光学器件(未示出)来将样品7照明，以提供所需的照明强度和强度图，例如已知的平面波照明、
Figure BDA0002115148970000151
照明等。这里，在系统中，从光源27发出的光31被引导通过声波发生器13并到达样品容纳器3(中的样品7)，来自样品7的样品光33通过物镜21和任选的目镜22和/或另外的光学器件(未示出)传输到摄像机23。该物镜21和摄像机23可以是集成的。在一个实施方案中，可同时使用两个或更多个光学检测工具，例如具有不同的放大倍数的光学检测工具，用于检测样品光33，例如使用分束器。
在另一个实施方案(未示出但在WO 2014/200341中详细讨论)中，该系统包括部分反射的反射器，并且从光源发射的光经由反射器被引导通过物镜和样品，来自样品的光被反射回到物镜中，穿过部分反射的反射器并通过任选的干预光学器件(interveningoptics)引导到摄像机中。其他实施方案对于读者来说是显而易见的。
样品光33可包括受样品影响的光31(例如散射和/或吸收的)和/或由样品7自身的一个或多个部分(例如通过连接到细胞体9的发色团)发射的光。
系统1中的一些光学元件可以是以下至少一者：部分反射的，二向色性的(具有波长特定反射率，例如对一个波长具有高反射率但对另一波长具有高透射率)，偏振选择性的，以及适合于所示设置的其他的。可提供其他光学元件例如透镜、棱镜、偏光镜、膜片(diaphragm)、反射器等，以为特定类型的显微镜设置系统1。
样品容纳器3可由具有内部通道的单件材料形成，例如玻璃、注塑聚合物等(未示出)，或是通过将不同的合适材料层或多或少持久地固定在一起，例如通过焊接、玻璃结合、粘合(gluing)、贴合(taping)、夹合(clamping)等，从而形成容纳空间5，至少在实验期间其中包含流体样品7。如图1和图2所示，样品容纳器3可包括具有横截面至少局部呈U形的凹部的部件3A，和盖部件3B，用于覆盖和闭合U形部分(中的凹部)，从而在横截面提供封闭的容纳空间5。
如图2所示，样品容纳器3连接到任选的流体流动系统35，用于将流体引入样品容纳器3的容纳空间5和/或从容纳空间5中移除流体，例如使流体流动通过容纳空间(见图2中的箭头)。流体流动系统35可包括在操纵和/或控制系统中。流体流动系统35可包括储存器37、泵、阀和导管39中的一个或多个，用于顺序地和/或同时地引入和/或移除一种或多种流体。样品容纳器3和流体流动系统35可包括连接器，其可以布置在样品容纳器3上的任何合适位置，用于偶联/解偶联而不损坏部件3、35中的至少一个，并且优选用于重复的偶联/解偶联，使得其后部件3、35的一个或其二者都可以重复使用。
图2A是图2的样品容纳器3中的两个细胞体9的示意图。样品容纳器3的壁15的一部分提供有功能化的壁部17(图2A中的左侧)以及未功能化的部分(图2A中的右侧)。
图3A和3C是在垂直于样品容纳器(在图3A、3C中不可辨别)的功能化的壁部分的观察方向上的实验情况的显微镜图像。样品容纳器中的样品流体7中的五个细胞体9A、9B是可见的。
图3B和3D分别是沿着样品容纳器的功能化的壁部分17的观察方向的图3A和3C的情况的示意图(即分别垂直于图3A，3C，与图2A相当)。
在每种情况下，功能化的壁表面部分17提供有一种或多种引导物。引导物可包含一种或多种类型的相互作用部分。
图3B、3D中各自表示侧向截面图(sideways cross section view)中系统1的实施方案的样品容纳器3的容纳空间5的壁15的功能化的壁表面部分17。壁表面部分17用相互作用部分41(例如抗体)进行功能化，其在该实例中是单一类型。细胞体9A、9B包含不同的靶标部分43A、43B，例如，使样品的抗原43A、43B与功能化的壁表面部分17接触，并使细胞体9A、9B(使其)与相互作用部分41接合结合。
图3A-3B示出了静止情况，其中没有向容纳空间施加声波。图3C-3D示出了这样的情况，其中向容纳空间施加声波，该声波向样品中的细胞体9A、9B施加力F(参见图2A和图3D中的箭头)。声波是传播方向垂直于壁15的体声波。声波可以是行波或优选是驻波。因此，力F的传播方向垂直于壁5(参见箭头)朝向图2A中用虚线N指示的声场中的节点(node)。注意，可通过适当选择声频、声功率、样品容纳器几何形状和流体介质的组成(例如粘度)中的一个或多个来调节样品容纳器中的节点位置(其可以是节点线或节点平面)和/或声力的强度。
在图2A的样品中，粘附到功能化的壁表面部分17的细胞体9保持附着(左侧)，并且离开功能化壁表面部分17的细胞体9从壁15上抬起(右侧)。
在图3A-3B的样品中，一些相互作用和靶标部分41和43A匹配并形成强结合的结合对，将各个细胞体9A强烈地结合到壁15(的功能化的壁部分17)。其他相互作用和靶标部分41和43B不匹配并形成松散结合的结合对或根本不结合，使得相应的细胞体9B在力F的影响下从壁15(的功能化的壁部分17)释放。在图3A、3C的显微镜图像中，通过使相应的细胞体9A、9B处于显微镜的聚焦区域或移出聚焦区域，这是可见的。
因此，通过观察细胞体对声波向样品施加力的响应，可检测结合相互作用。例如，这使得能够区分(不同的)细胞体9A、9B(的性质)。在平行于壁15向样品施加流体流的实施方案中，可以移动(例如冲走)脱离的细胞体9B，而持续粘附在壁15上的细胞体9A可留在原位置。这使得能够分离细胞体9A、9B。
注意，与图2A中无特定的涂层或处理相反，与非功能化的壁表面部分相邻的壁部分可提供有例如不粘涂层，如聚四氟乙烯(PTFE，
Figure BDA0002115148970000181
)；或提供有不同功能化的壁表面部分，例如，包含与上游功能化的壁表面部分脱离的细胞体抗原相匹配的抗体，并将后者与相邻的功能化的壁表面部分结合。
图4A-4C示出了样品5的两个细胞体9C、9D，其具有相同的靶标部分43但具有的量不同。细胞体9C、9D与功能化的壁表面部分17(上的相互作用部分41)相互作用，并且通过声波振幅的变化它们在样品(中的细胞体)上经受声波的力F。在图4A中，力F为0(参见图3B)，细胞体9C、9D都粘附在壁表面部分17上。在图4B中，力F是1单位，这足以破坏一个细胞体9D的相互作用部分41、43与壁表面部分17的结合，并使得细胞体9D脱离。在图4C中，将力增加到3个单位，这足以也破坏另一个细胞体9C的相互作用部分41、43与壁表面部分17的结合并且还使细胞体9C脱离。单个细胞与表面的合适结合力的量级是皮科牛顿(pN)，并且用声波特别是驻体声波在微珠上已经实现的可施加的力的范围为约0.1pN至高达数千pN。
因此，通过观察细胞体9C、9D对于施加至样品的声波的力的变化的响应，可以检测结合相互作用的强度，这使得能够定量细胞体上的靶标部分。
图4D显示了测量的多个正常健康细胞对用作为相互作用部分的抗体功能化的壁表面部分的结合力(即破坏所述结合所需要的力F_破裂)的统计分析(直方图)。在一些情况下，受疾病影响的细胞可在其膜上形成比健康细胞更多的抗原(靶标部分)，从而对功能化的壁表面部分(的抗体)产生更强的结合力，相比于图4A-4C。这在粘附统计中是可检测的(曲线，基于模拟)。类似地，靶标部分的减少(例如，由于基因表达不足)可通过与健康细胞相当的受损害细胞的结合强度降低来检测。
此外，或者除了改变声波的振幅之外，还可改变声波的频率，以影响和研究相互作用部分-靶标部分的结合参数。结果可以类似于图4A-4D所示的方式获得。
图5以类似于图3A-4D的方式并且在相对于时间t的图中图示示意，如何通过以开-关脉冲的顺序该变施加至样品5的力F(示意图中如箭头所示的不同小图)并测量信号S，来研究粘附力学，所述信号S表示所考虑的细胞体9的一个或多个性质的变化，例如可见度、移动性等。这可提供关于所研究的细胞体的进一步信息。例如，它可以表明细胞是(标记为“v”)否(标记为“x”)粘附于特定抗体的可能性。声力也可以不同地(例如，逐渐)变化。例如，在实验中，可以研究突然停止声力并使细胞体掉落到表面上与逐渐减小声力从而使细胞体缓慢接近功能化的表面之间的差异。
图6A-6C显示了用共焦荧光成像的生物细胞的实验结果。图6A和6B是样品的一部分在不同时间的图像，图6C示出了在不同时间来自图6A和6B中所示细节的一系列图像，如下所述。在该示例中，显微镜的焦平面被定位成与声学节点(即，细胞被推至的位置)重合。在实验开始时，t＝0秒(图6A，图6C，t＝0s)，没有施加声信号，样品中的所有细胞沉积到容纳空间的底部并且没有可见细胞。此后，接通声力，迫使细胞从表面到达声节点，在t＝1s时可看到多个(团块)细胞，见图6B和图6C，t＝1s。在施加声力的过程中，细胞仍然被困在声节点处并保持可见(图6C，t＝2s)。在施加声力2秒之后，关闭力并且细胞再次缓慢沉积，在几秒钟内下降离开视野(图6C，t＝3s...7s)。图6B、6C中不同细胞的不同亮度(和原始图像中的不同颜色)表明样品中存在不同类型的细胞，但在该实验中未研究这一点。
读者将清楚，其他成像方法可与细胞体的声学操纵同时使用。
图7A-9C表示目前本公开的技术在基于亲合力(它们与结合配偶体结合的强度)分选T细胞中的用途。实验如下进行：在样品容纳器内培养黑素瘤患者来源的肿瘤细胞系，使得培养物粘附至壁部分并形成功能化的壁表面部分。然后，输注工程化以表达针对肿瘤细胞系上提呈的抗原的T细胞受体(荧光染色为红色)的T细胞，或对肿瘤细胞系没有特异性的非工程化的T细胞(荧光染色为绿色)，将芯片在37℃下孵育30分钟，以使T细胞与肿瘤细胞发生结合。图7A示出了样品容纳器中T细胞的图像。特异(染色为红色)细胞在此以浅灰色显示，非特异性细胞(染色为绿色)以深灰色显示。各细胞的信号分别如图7B(染色为红色/特异性的)和图7C(染色为绿色/非特异性的)所示，以用于比较和更加清晰。为了随后选择和分离特异性结合的T细胞，在样品容纳器中产生声波，提供声力。未与肿瘤细胞结合或弱结合的T细胞通过朝向声节点(位于例如肿瘤细胞上方20μm)的声力使其在声学上浮起(比较图3A-3D)。由于样品容纳器中声腔的轴向和横向正常模式之间的模式混合，声节点不仅形成在轴向方向上而且还形成在横向方向上。因此，未被结合的悬浮的T细胞往往聚集在由轴向和横向节点的组合形成的线(line)中。在图8A中，这些看起来像是离散的水平带，而结合的细胞基本上保持在原来的位置，从图8A与8B和8C的比较可以更好的可见，其为了比较和清晰，示出了所有细胞，分别显示不同的特异性细胞和非特异性细胞(参见图7A-7C)。导致未结合的细胞聚集成线的横向声节点结构使得可更容易地检测未结合的细胞，并且可增强细胞的可见性，特别是对于结合的细胞。应该清楚的是，这种结构对于检测未结合状态本身或对于基于亲合力对细胞进行分选的能力而言并非关键。例如，区分结合或未结合状态也可在没有横向节点结构的情况下，基于跟踪细胞的轴向运动和/或横向运动来完成。
注意，具有多个节点的复杂声力场也可以由与样品容纳器连接的多个声波发生器产生，以从垂直方向在容纳空间中产生声波，其中该发生器可以是单独可控的，并且可以提供非静止的力场，例如，诱导移动声节点中的细胞(组)的移动。
在随后的步骤中，对样品空间的温和冲洗，例如通过使样品流体流动通过样品空间，除去了未结合的细胞，导致样品空间中特异性T细胞群的相对富集，参见图9A-9C，表示类似于图7A-7C和8A-8C，剩余细胞(图9A：所有细胞；9B-9C分别表示不同的特异性和非特异性细胞)。图10示出了图7A、8A、9A中所示的三个步骤的视场中特异和非特异性细胞的出现分数(相对总细胞计数的分数)。
在施加的声力的增加的水平上重复这样的程序(孵育、施加声波、冲洗；任选的进一步孵育、施加声波、冲洗；根据需要重复)，可以基于肿瘤细胞亲合力筛选和收集T细胞。该分选过程在图11中以卡通方式示出(也比较图4A-4C(的讨论))。图11从左到右表示：引入具有靶标部分(表示为细胞上的“腿”)的T细胞(表示为半球)并孵育；施加弱的声波(用细符号“^”表示)并使未结合的细胞浮起(断开的连接)；冲洗并在小瓶中收集未结合的细胞；施加中等强度的声波(用中等印刷强度的符号“^”表示)并使弱结合的细胞浮起(断开的连接)；冲洗并在小瓶中收集脱离的弱结合的细胞；施加强声波(用高印刷强度的符号“^”表示)并使强结合的细胞浮起(断开的连接)；冲洗并在小瓶中收集脱离的强结合的细胞。
在治疗环境中，然后可以选择一个或多个如此分离的T细胞部分，以向接受者施加治疗，特别是用于治疗从中收集了所研究的靶标肿瘤细胞的患者。用于治疗和/或研究的基于亲合力的细胞筛选和/或选择的相同的原理也可以应用于免疫学和/或细胞生物学的基础研究，以研究其他形式的基于亲合力的细胞应用，及其中的用途，例如免疫疗法，其可包括对已接受供体器官的患者的免疫抑制疗法。
本公开不限于上述实施方案，并且其可以如上所述在权利要求的范围内以多种方式发生变化。
除非另有明确说明，否则针对该方法或系统的特定实施方案所讨论的或与之相关的元件和方面可以适当地与该方法或系统的其他实施方案的元件和方面进行组合。

Claims (17)

1.一种操纵和/或研究细胞体的方法，所述方法包括以下步骤：
提供样品容纳器，所述样品容纳器包括用于容纳流体介质的容纳空间；
在所述容纳空间中提供样品，所述样品包含在流体介质中的一个或多个细胞体；
其中所述方法包括为容纳空间提供待与所述样品接触的功能化的壁表面部分，所述功能化壁表面部分包括细胞，相对于其他表面部分，至少部分所述样品倾向于优先粘附至所述细胞，并且
其中在施加共振体声波的步骤的至少部分期间，所述样品与所述功能化的壁表面部分接触；
其中所述方法包括在所述容纳空间中产生所述声波，所述声波在远离所述功能化的壁表面部分的方向上对所述容纳空间中的样品的一个或多个所述细胞体施加力，并且所述力在远离所述功能化的壁表面部分的方向驱动所述容纳空间中的样品的一个或多个所述细胞体，并且
其中所述方法进一步包括确定所述力和一个或多个所述细胞体粘附至所述功能化的壁表面部分的粘附强度之间的关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其包括以下至少一个：在施加声波的步骤的至少部分期间，将样品流体引入所述容纳空间和/或从所述容纳空间移除样品流体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所引入的样品流体包含一个或多个细胞体。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括改变所述容纳空间中所述声波的频率和振幅中的至少一个。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括检测和/或监测至少一个细胞体的至少一种性质的步骤，
其中所述至少一种性质包括以下至少一种或者是以下至少一种：细胞完整性、细胞体对至少部分所述功能化的壁表面部分的粘附性、至少一个细胞体的运动、荧光发射、至少一个细胞体的活力迹象；
其中所述检测和/或监测的步骤包括以下至少一个：
光学检测；和
声学检测。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括以下中的至少一个：
细胞分选；
随声力、样品流体的流动和样品流体的组成中的至少一个的变化，跟踪一个或多个细胞体的运动；
监测一个或多个细胞体的光学活性；
改变所述样品容纳器的温度和/或温度图谱；
改变所述样品容纳器的照明和/或照明图谱；
改变所述样品流体的组成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括量化至少一个细胞体和功能化的表面部分之间的粘附强度的步骤。
8.一种用于研究细胞体的操纵系统，其包括：
样品容纳器，包括用于容纳样品的容纳空间，所述样品包含流体介质中的一个或多个细胞体；
声波发生器，其可连接或连接所述样品容纳器，以在所述容纳空间中产生对样品施加力的共振体声波；
其中所述样品容纳器包括壁，所述壁为所述容纳空间提供功能化的壁表面部分，其在使用中待与至少部分所述样品接触，其中所述功能化壁表面部分包括细胞，相对于其他表面部分，至少部分所述样品倾向于优先粘附至所述细胞；
其中，所述声波发生器经设置而在与所述样品容纳器连接时在容纳空间中包含样品时，在远离所述功能化的壁表面部分的方向上，对容纳空间中的样品的一个或多个细胞体施加力。
9.根据权利要求8所述的操纵系统，其中，所述功能化的壁表面部分包括待与所述样品接触的多个相互不同地功能化的壁表面部分。
10.根据权利要求8-9中任一项所述的操纵系统，其中所述样品容纳器连接或可连接到流动系统，用于将流体引入至所述容纳空间和/或用于从所述容纳空间移除所述流体。
11.根据权利要求10所述的操纵系统，其中，所述流体包含样品流体和/或一个或多个细胞体。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的操纵系统，其中，所述声波发生器是可控制的，以调节频率和振幅中的至少一个，用于在所述容纳空间中产生可调节的声波，其中所述声波是驻波。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的操纵系统，其中，所述系统包括用于检测所述一个或多个细胞体对所述声波的响应的检测器。
14.根据权利要求8-13中任一项所述的操纵系统，其中，所述系统包括以下中的一个或多个：
光源；
存储器，用于存储指示系统操作的数据和/或来自检测器的信号；
跟踪系统，用于跟踪一个或多个细胞体；
控制器，连接或可连接至检测器，在连接时用于进行与显微镜相关的显微镜计算和/或分析；
传感器和控制器，连接或可连接至声波发生器，在连接时用于响应来自传感器的信号以控制声波发生器的操作；
热元件，用于调节所述样品容纳器的温度和/或温度图谱。
15.根据权利要求8-14中任一项所述的操纵系统，其包括检测器以产生焦平面的数字图像，并且其中，所述系统提供有计算装置，以通过处理由一个或多个未聚焦的细胞体引起的干涉图来计算一个或多个细胞体在垂直于所述焦平面的方向上的位置。
16.一种用于权利要求1-7中任一项所述的方法和/或权利要求8-15中任一项所述的操纵系统中的样品容纳器，所述样品容纳器包括用于容纳样品的容纳空间，所述样品包含流体介质中的一个或多个细胞体；
以及与样品容纳器连接的声波发生器，以在所述容纳空间中产生对样品施加力的声波，
其中所述样品容纳器包括壁，所述壁为所述容纳空间提供在使用中待与所述样品的至少一部分接触的功能化的壁表面部分。
17.根据权利要求13所述的操纵系统，其中，所述检测器包括一个或多个声学检测器以及光学检测器。
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