Nanoscale stress microscopic analysis by fusion of machine learning and atomic force microscope spectroscopy

通过机器学习和原子力显微镜光谱融合进行纳米级应力微观分析

基本信息

  • 批准号:
    19K15398
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.16万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2019-04-01 至 2020-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Cells rely on cytoskeletal prestress to sense and transmit external force signals to induce chemical and mechanical responses. The intracellular spatial distribution of prestress thus determines the basic cytoskeletal functionalities of maintaining cellular homeostasis, which is lacking in diseased cell status including cancer. In this work, we measured spatially resolved prestress produced by local actomyosin machinery in a living cell with multivariable AFM force spectroscopy. The mechanical stimuli applied by the AFM probe were found to induce cellular prestress responses, in both normal cells and cancer cells, but in distinctively different manner at time scales from sub-second to hours. We demonstrated that a simple machine learning algorithm can be applied on un-segmented prestress distribution data to differentiate cancer cells and normal cells with accuracy above 95%. It promises a new biomarker for cancer cytology diagnosis on difficult cell specimens with high morphological similarities.
细胞依靠细胞骨架预应力来感知和传递外力信号以诱导化学和机械反应。因此,预应力的细胞内空间分布决定了维持细胞稳态的基本细胞骨架功能,而细胞稳态缺乏包括癌症在内的病细胞状态。在这项工作中,我们测量了由局部肌动球蛋白机制在具有多变量AFM力光谱的活细胞中产生的空间分辨预应力。发现通过AFM探针应用的机械刺激在正常细胞和癌细胞中诱导细胞预应力反应,但在时间尺度上以截然不同的方式从亚秒到小时都截然不同。我们证明了一种简单的机器学习算法可以应用于未分段的预应力分布数据,以使癌细胞和正常细胞的精度​​高于95%。它有望在具有高形态学相似性的困难细胞标本上进行癌症细胞学诊断的新生物标志物。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
High spatial and temporal resolution mapping of active stress on the surface of living material.
生物材料表面主动应力的高空间和时间分辨率映射。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Hatakeyama;S. Hiura;J. Takayama;and A. Murayama;Hongxin Wang
  • 通讯作者:
    Hongxin Wang
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    青木 大輔

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