☆ 不干擾細胞正常生長環境---測量的數值更加真實
☆ 測量采用更寬的頻率范圍---擬合的數據更加精確
☆ 構建的數理模型更加細致---電生理參數更加豐富

原理
多細胞組織的表皮或內皮細胞層具有選擇性屏障功能，有著復雜且重要的生理活動。它們不僅控制臨近細胞間間隙對各種溶解物的擴散滲透率，而且調控跨細胞物質轉運。上皮和內皮細胞屏障的關鍵成分就是細胞間的連接點（即細胞間緊密連接）根據各種細胞內外的信號而選擇性的開放或關閉細胞間隙。
細胞層的通透性和它的跨膜阻抗值（即 TER，Transepithelial/-endothelial resistance)之間的關系為：緊密的細胞層有較高的跨膜阻抗值，反之亦然，高通透性則有較低的跨膜阻抗值。因此，跨細胞層的阻抗值是一個高度受學界認可的衡量組織屏障功能緊密連接的參數。同時，它還能用來比較和監視屏障細胞層的形成和調控。
儀器
cellZscope是由電腦控制，可自動化、長時間監測細胞層的電生理變化的儀器，多可以同時記錄24種細胞樣本。它可以用來記錄分析各種培養在多孔膜上的具有屏障功能的細胞的多項生理學參數，其中跨膜阻抗值（TER）和電容值（Ccl）是常規的兩個測量指標。在血腦屏障、血管壁、鼻粘膜及消化道內膜等藥物轉運吸收環節，尋找方法調控屏障功能尤其重要，因此需要有合適的分析工具來研究體外藥物篩選的細胞模型。cellZscope便于操作，且有廣泛的應用，尤其適合研究藥物或毒物對細胞屏障功能的影響。
cellZscope可以兼容各種細胞培養皿，這些培養皿底部均有多孔膜。細胞生長在膜上并形成細胞層屏障，然后就可以使用cellZscope對細胞層進行測量。通過建立電學環路模型和相應的數學模型，擬合出反應細胞屏障性能的各項參數。

硬件
cellZscope可以兼容各種細胞培養皿。這些培養皿底部均有多孔膜。細胞生長在這些多孔膜上并形成細胞層屏障，然后就可以使用cellZscope實時對細胞層進行測量。具體方式就是在細胞層上下部分各放置一個電極，然后在電極間施加一段連續頻率的交流電壓測量細胞層的阻抗值，通過建立電學環路模型和相應的數學模型，擬合出反應細胞屏障性能的各項參數，例如TER，CCL，RMED，ACPE以及nCPE等。cellZscope可以兼容各種細胞培養皿，包括BD,Biosciences，Corning，Greiner，Bio-One，Millipore,和Nunc。細胞模塊可以同時容納多24孔的培養皿，記錄24種細胞樣本。三種類型的模塊均可以使用：小孔型（“24孔”型培養皿），中孔型（“12孔”型），大孔型（“6孔”型）。在實驗中，細胞cellZscope的培養皿是放置于標準的細胞培養箱中，通過數據線外接到控制器并連接到電腦，電腦通過控制cellZscope軟件來實時調整記錄數據。
軟件cellZscope還提供了一個客戶端的軟件，可以控制整個儀器對細胞層進行電學測量。它還提供了一個用于顯示和分析的統計數據以及打印和導出數據的功能。用戶界面簡單實用，提供了;

• 根據實驗需要預設時間間隔來獲取數據

• 實時監測所獲得的結果

• 對每個孔獨立的輸入描述

應用

• 緊密連接動力學研究

• 細胞層的形成、分化和極化

• 細胞屏障性能研究

監測細胞阻抗值-短期的緊密連接動力學到長期的細胞層形成cellZscope適合短期的緊密連接動力學研究以及長期的監測細胞的變化過程，如細胞層的形成、分化和極化的研究。

緊密連接動力學

上皮細胞和內皮細胞的跨膜阻抗值很大程度上是與細胞間緊密連接相關的。他們在表面和側面的膜空隙之間形成一個密封的結構，根據各種細胞的內外信號而選擇性的開放或者關閉，從而影響細胞間通道撰于物質的過程。屏障功能不是靜止不動的，而是受到各種刺激物的調節。通過cellZscope測量上皮細胞/內皮細胞層跨膜阻抗值可以用于研究緊密連接動力學。下圖顯示的為MDCK細胞對不同濃度的EGTA的反應。EGTA是一種鈣離子螯合劑，自由鈣離子濃度的下降會引起細胞緊密連接的丟失，然后使用標準的培養液更換含有EGTA的溶液，細胞的跨膜阻抗值（TER）會重新恢復，也標志著細胞緊密連接的重新形成。為驗證該結果，去除EGTA之前用固定液固定兩份細胞，一分為未加EGTA對照，一分為加入EGTA的樣品，然后使用染色分析分析細胞核和ZO-1蛋白質，通過激光共聚焦顯微鏡成像比較可知，cellZscope的測量結果很好的吻合了顯微成像的結果，同時也說明了采用無標記非侵入式技術cellZscope的優點及其可靠性。

細胞層的形成
cellZscope不僅適合短期的緊密連接動力學研究，也可以連續監測細胞幾天甚至幾星期的生理狀態。事實上，細胞接種密度、培養基種類、血清濃度、包被的底物和溫度等因素都對細胞層的形成有很大的影響，這就要求而我們需要一種工具來監測生理條件下的細胞生長的持續的過程。從cellZscope所提供的跨膜阻抗值（TER）和電容值（Ccl）這兩個參數可以獲知當前的細胞狀態，包括融合度和分化度。Caco-2是源自人類結腸癌細胞系，通常用于藥物轉運研究，在右下圖實驗中cellZscope跟蹤記錄了Caco-2細胞層的形成和分化的信息，自動化的記錄了從接種細胞開始并持續觀察三周。

應用舉例-2
研究化合物介導效應對培養的上皮和內皮細胞的影響
實時監測來源于豬腦微血管的內皮細胞的細胞層跨膜阻抗值（TER）。對比在加皮質醇(橙色曲線)和無皮質醇曲線(藍色曲線)的無血清培養基中生長的細胞的差異。實驗數據顯示,在加皮質醇的條件下，跨膜阻抗值（TER）隨著時間逐步增加，這是由于腦內皮細胞的屏障明顯加強引起的（下左圖）。實時監測來源于豬脈絡叢的上皮細胞的電容值（Ccl）。對比在加血清培養基(橙色曲線)和無血清培養基(藍色曲線)中生長的細胞的差異。在無血清培養基中，豬脈絡叢上皮細胞的表面會生長出更長和更加濃密的微絨毛，這種分化過程導致融合的細胞層的電容值（Ccl）的顯著增加（下右圖）。

[1] Rutten, M.J., Hoover, R.L., Karnovsky, M.J., Electrical resistance and macromolecular permeability of brain endothelial monolayer cultures, Brain Res. 425, 301 (1987).
[2] Rothen-Rutishauser, B., Riesen, F.K., Braun, A., Günthert, M., Wunderli-Allenspach, H., Dynamics of Tight and Adherens Junctions Under EGTA Treatment. J. Mem. Biol. 188, 151 (2002).