细胞被生物体内复杂的微环境包围，细胞间信号转导通过物理和化学途径传递信息，从而调节细胞行为，如细胞增殖、凋亡、分化和刺激反应。细胞间信号转导的研究对许多生物学领域都很重要，包括癌症研究、免疫学和药物开发。华东师范大学张帆副教授提出了一种基于Transwell室的双层装置，结合扫描电化学显微镜（SECM）技术，用于细胞间信号转导的原位研究。装置中的细胞分两层培养：下层用于信号细胞，上层用于信号接收细胞。分别通过SECM电位模式和SECM-MPSW（多电位阶梯波形）原位监测细胞外pH（pHe）和ROS（活性氧，ROSe）。当包括MCF-7、HeLa和HFF细胞在内的信号细胞受到电刺激时，信号接收细胞的ROS释放得到促进。通过检测细胞表面的pH，发现信号细胞产生的更多H+和距离较短的两层细胞都会导致信号接收细胞释放更多的ROS，表明H+是细胞间通讯的信号分子之一。相关工作以“In Situ Investigation of Intercellular Signal Transduction Based on Detection
of Extracellular pH and ROS by Scanning Electrochemical Microscopy”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。要点1. 作者设计了一种新的SECM策略，通过在Transwell腔双层装置中建立的细胞共培养系统，实现细胞间H+信号转导的原位研究。下层培养的细胞被称为信号细胞，上层细胞被定义为信号接收细胞。要点2. 在补充对信号细胞的电刺激的情况下，在尖端应用SECM-MPSW（多电位阶梯波形）来原位监测信号接收细胞释放的细胞外ROS，并通过SECM中的电位模式检测细胞外pH。这种策略为原位研究细胞内信号转导提供了一种新的途径。图1.（A）随着时间的延长，原位检测MCF-7细胞表面的pHe（红色）和无细胞溶液的pH（黑色）。（B）原位检测MCF-7细胞表面和不同高度（3 μm、10 μm、50 μm、70 μm、150 μm和500 μm）的pHe（红色）和无细胞溶液的pH（黑色）。细胞密度为20000个细胞/cm2，培养基为0.01 mol/L PBS（pH=7.4）。每个数据点是三次以上测量的平均值，误差条代表测量的相对标准偏差。图2. 原位检测MCF-7细胞表面和不同高度的ROSe（红色）和无细胞溶液的ROS（黑色）。细胞密度为20000个细胞/cm2，培养基为0.01 mol/L PBS（pH=7.4）。每个数据点是三次以上测量的平均值，误差条表示测量的相对标准偏差。图3.（A）在0.9 V电刺激60 s下原位检测表面和MCF-7细胞不同高度的pHe（红色曲线）和无细胞溶液的pH（黑色）。细胞密度为20000个细胞/cm2，培养基为0.01 mol/L PBS（pH=7.4）。每个数据点是三次以上测量的平均值，误差条表示测量的相对标准偏差。 图4. 在对MCF-7信号细胞施加0.9 V持续60s的电刺激之前（黑色）和之后（蓝色），在MCF-7的信号接收细胞的表面原位检测（A）ROSe和（B）pHe。两层的细胞密度均为20000个细胞/cm2，培养基为0.01 mol/L PBS（pH=7.4）。所有数据均为三次以上测量的统计结果。 图5.（A）在不同刺激信号细胞的作用下，包括HFF细胞（红色）、HeLa细胞（品红色）和MCF-7细胞（蓝色）以及在没有信号细胞的情况下，原位检测上部信号接收细胞表面的pH；（B）在没有信号细胞（黑色）和有HFF细胞（红色）、HeLa细胞（品红色）和MCF-7细胞（蓝色）作为信号细胞的信号接收细胞表面原位检测ROSe。在0.9 V下进行电刺激60
s。细胞密度为20000个细胞/cm2，培养基为0.01 mol/L PBS（pH=7.4）。所有数据均为三次以上测量的统计结果。In Situ
Investigation of Intercellular Signal Transduction Based on Detection of
Extracellular pH and ROS by Scanning Electrochemical Microscopy
Tao Wu, Ting Jing, Yuqi Lu, Fan Zhang,*
Pingang HeDOI: 10.1021/acs.analchem.2c04655
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