利用自製原子力顯微鏡研究大蒜精油對類嗜中性球細胞彈性的影響

Abstract

嗜中性球（Neutrophil）是發炎反應（Inflammation）中的免疫部隊，能變形從微血管內浸潤（Infiltrate）到組織，然後遷移（Migrate）到發炎之處，消滅入侵的病菌並清除受害區域內的壞細胞與好細胞，以修復發炎組織的功能。而大蒜則是傳統認知的日常保健天然食品，其中有一種成分□大蒜精油（Garlic Oil）已被證實能抑制過量的嗜中性球遷移、調節其免疫功能，而達到抗發炎（Anti-inflammation）的效果。由於細胞表面形貌常被用來判斷細胞的健康程度及其功能的強弱，我們好奇大蒜精油會否改變嗜中性球的彈性，因而改變其變形的難易而影響其免疫功能。因此，本論文從生物物理角度，研究大蒜精油對類嗜中性球細胞彈性的影響。為此，我們自製一台可在水溶液中量測細胞機械特性的生物用原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope; AFM），以用來量測嗜中性球細胞在大蒜精油溶液中，其彈性模數（Elastic Modulus）的變化。 在本實驗中，我們採用由骨髓癌細胞（HL-60）分化而來的類嗜中性球細胞（Neutrophil-like Cell）作為研究對象。這是因為HL-60癌細胞的存活力強而有利於實驗操作，且分化後其生理功能類似嗜中性球。實驗時，我們將AFM的探針浸入培養液中，垂直按壓一個黏附在載玻片表面的類嗜中性球細胞，全程紀錄其受力與形變位移的關係，然後利用Hertz Model擬合出細胞的彈性模數。為便於對照比較，我們也量化一種已知具有瓦解細胞骨架（Cytoskeleton）功能的細胞鬆弛素（Cytochalasin B）對同種細胞的彈性模數反應。 這台自製AFM的垂直位移解析度約為6 nm，在使用彈性係數為0.05 nN/nm的探針情況下，其力量測解析度為300 pN。據此，我們先測量了7個未添加任何藥品的純類嗜中性球細胞的彈性模數作為對照組，其平均值為576 ± 107 Pa（NNormal = 7）。我們發現加入大蒜精油後，類嗜中性球細胞的彈性模數平均值升為775 ± 169 Pa（NGO = 8）。而加入細胞鬆弛素後的類嗜中性球細胞，其彈性模數則降為223 ± 153 Pa（NCB = 12）。 從實驗結果來看，當添加細胞鬆弛素後，類嗜中性球細胞的彈性模數一如預期的減小。然而在添加大蒜精油後，我們所測量到的類嗜中性球細胞的彈性模數卻有增加的趨勢。據此，我們推測大蒜精油有強化嗜中性球細胞骨架強度的效果，不但增強嗜中性球的彈性模數，而且也因而降低嗜中性球變形從微血管內鑽出到組織的能力與數量。或許這個機制透露出大蒜的抗發炎功能：大蒜精油因能強化嗜中性球的細胞骨架強度而抑制過量的嗜中性球進入組織，如此避免大量撲殺發炎區域內的好細胞，而引發更大的發炎反應。雖然目前我們尚不明白大蒜精油增強嗜中性球細胞骨架強度的機制為何，不過這個有趣的現象饒富發炎反應的奧秘，可供未來進一步研究嗜中性球細胞的彈性模數與細胞遷移的關係。