2026.06.12

心肌細胞肥大是高血壓、心肌梗死等心血管疾病典型的病理改變，病理性肥大若持續發展，最終會演變爲心力衰竭。原代心肌細胞是研究心肌肥厚機制、開展藥效評價的經典實驗模型。然而，流式細胞術、細胞固定染色、共聚焦顯微鏡等傳統檢測手段，僅能獲取實驗終點的靜態數據，無法捕捉心肌細胞肥大的動態演變過程。

HoloMonitor M4 數字全息成像系統可直接放置于細胞培養箱內工作，利用低功率激光，實現無標記、低光毒性、長時程的單細胞三維形態動態檢測。本研究以去甲NE誘導新生大鼠心肌細胞建立肥大模型，驗證該技術在實時追蹤心肌細胞肥大動力學中的應用價值，爲心血管病理研究與藥物篩選提供前沿檢測方案。

材料與方法

1. 細胞與造模

選取出生 1~3 日的 SD 新生大鼠，經酶消化法結合差速貼壁法分離並純化原代心肌細胞，接種至明膠包被的六孔培養板中。待細胞貼壁後，更換爲無血清培養液，並將細胞分爲兩組：空白對照組、10 μmol/L 去甲NE處理組，以此構建體外心肌細胞肥大模型。

2. HoloMonitor M4 成像檢測

培養板加蓋專用成像蓋板後，放入搭載HoloMonitor M4設備的 CO₂培養箱內，靜置1 h直至冷凝水完全消散。通過配套軟件HoloMonitor App Suite劃定觀測視野並分組設置參數，每20 min采集一次圖像，連續動態觀測記錄24 h。成像結束後，啓用軟件單細胞追蹤模塊，統一圖像分割參數，篩選出形態獨立、無重疊的心肌細胞，定量檢測細胞二維表面積與三維光學體積。所有數據采用 GraphPad Prism 軟件進行統計學分析，原始數據以細胞初始數值做歸一化處理，消除基線誤差。

實驗結果

1. HoloMonitor M4 清晰識別心肌細胞並檢測NE誘導的體積增加

經前期實驗驗證，α-輔肌動蛋白陽性的心肌細胞具備體積更大、運動速率更慢的特征，可在HoloMonitor M4成像結果中與非心肌細胞明確區分。無論是否經去甲NE處理，系統均能清晰識別培養體系內的心肌細胞（詳見補充視頻 S1、S2）。對比結果顯示：培養24 h後，去甲NE處理組的心肌細胞鋪展範圍明顯增大，並生出細胞突起，該表型與過往研究結論一致（圖1C）。

借助HoloMonitor App Suite單細胞追蹤功能，研究人員分別在實驗起始（0 h）與結束（24 h）兩個時間點，對單個心肌細胞、非心肌細胞的三維光學體積開展定量分析（圖 1D、E），結果顯示：

0 h：未處理心肌細胞（n=256）的平均光學體積爲1380±501 μm³，而去甲NE處理組（n=187）略低，爲1074±501 μm³。

24 h：未處理組平均體積爲1341±473 μm³，變化不大；處理組則顯著上升至1492±501 μm³。

數據表明，24 h觀測周期內，對照組心肌細胞光學體積僅爲初始值的 0.98 倍，基本保持穩定；而NE處理組細胞體積增長至初始值的1.39倍。與此同時，以體積小、運動能力強爲特點的非心肌細胞，在NE刺激下兩個時間點的體積均無顯著變化（圖1E）。由此證實，去甲NE可特異性誘導心肌細胞體積增大。

圖1. 10 μmol/L NE處理24 h後心肌細胞光學體積的定量分析

2. 單細胞動態追蹤揭示肥大反應始于處理後2 h

庫爾特計數器、流式細胞術、共聚焦成像等傳統檢測方式，難以實現長時間、無創的實時動態監測。HoloMonitor M4采用低功率635 nm激光，光毒性低，適合長時間活細胞成像（圖2A），配套軟件可實現細胞識別分割與單細胞追蹤（圖2B）。

細胞表面積檢測結果顯示：NE 處理約 10 h後，心肌細胞表面積開始顯著增加；但對照組細胞表面積也增至初始值的 1.2 倍（圖 2C），說明僅依靠表面積指標進行評估，易受到培養體系中成纖維細胞等雜細胞的幹擾。針對光學體積指標分析發現：對照組細胞體積始終保持穩定（爲初始值 0.98 倍）；由于 NE 處理組細胞初始體積偏低（圖1D、圖2D），直接對比原始數據難以精准判定體積變化的起始時間。

通過對每個細胞進行初始值歸一化處理（圖2E、F），發現NE刺激後僅2 h即可檢測到光學體積的顯著增加，且這一優勢持續存在。結果表明，HoloMonitor M4可成功用于監測心肌細胞對肥大刺激的表面積與體積動態變化。

圖2. 10 μmol/L NE處理24 h內心肌細胞表面積與光學體積動態變化的單細胞追蹤

實驗結論

實驗結果證明，HoloMonitor M4能夠精准檢測去甲NE誘導的心肌細胞表面積與三維體積增加，可清晰明確心肌肥大反應的啓動時間、動態進程，也可用于評估不同誘導劑的作用效果及聯合作用機制。該技術大幅提升了觀測的時間分辨率，爲心髒病理機制的深度研究提供了強有力的技術支撐。

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