ETH-onderzoekers hebben een schaal ontwikkeld om cellen te meten. Het laat het gewicht van individuele levende cellen toe, en eventuele wijzigingen in dit gewicht, voor het eerst snel en nauwkeurig te bepalen. De uitvinding heeft ook grote belangstelling gewekt, zowel binnen als buiten het vakgebied van de biologie.

Van regenwormen en zonnebloemen tot mensen, we bestaan ​​allemaal uit cellen, het is dus geen verrassing dat onderzoekers hard aan het werk zijn om deze bouwstenen van het leven te onderzoeken. Ze hebben al veel van hun geheimen ontdekt, maar tot nu toe, het is niet mogelijk geweest om het gewicht van levende cellen te meten en hoe het in realtime verandert, aangezien er geen geschikte meetmethode bestond.

Nieuwe celschaal met hoge resolutie

Dat is nu veranderd:in samenwerking met Christoph Gerber en Sascha Martin van de Universiteit van Basel en Jason Mercer van University College London, wetenschappers van de onderzoeksgroep biofysica, onder leiding van ETH-professor Daniel J Müller, hebben een nieuwe celschaal ontwikkeld. Hierdoor kunnen ze niet alleen in zeer korte tijd de massa levende cellen meten, maar ook om te controleren hoe hun gewicht in de loop van de tijd verandert. Ze kunnen dit doen met een resolutie van milliseconden en biljoensten van een gram.

de cellen, die gewoonlijk ongeveer twee tot drie nanogram wegen, worden onder gecontroleerde omstandigheden gewogen in een celkweekkamer. De weegarm, een klein flinterdun, transparante siliconen cantilever bedekt met collageen of fibronectine, wordt neergelaten op de vloer van de kamer, waar het een cel duwt en oppakt. "De cel hangt aan de onderkant van een kleine cantilever voor de metingen, " zegt promovendus Gotthold Fläschner, die de meeste experimenten mede uitvond en uitvoerde met behulp van de nieuwe schaal.

Gewicht en celactiviteit tegelijkertijd observeren

De microscopische cantilever wordt tot licht oscilleren gebracht door middel van een pulserende blauwe laser aan het vaste uiteinde. Een seconde, infrarood laser meet de trillingen aan de andere kant, waar de cel hangt – eerst zonder en dan met de cel. "De massa van de cel kan worden berekend uit het verschil tussen de twee oscillaties, " legt David Martínez-Martín uit, belangrijkste uitvinder van de celweegschaal.

Een computerscherm toont het veranderende gewicht als een curve. Hieruit kunnen metingen worden gedaan over de hele meetperiode – of dat nu milliseconden of dagen is. Als meetapparaat, inclusief de celcultuur, wordt direct op de objectplaat van een hoogwaardige fluorescentiemicroscoop gemonteerd, Ook kunnen interne processen in de cel worden geobserveerd en gefilmd terwijl er metingen plaatsvinden.

Gewicht van levende cellen fluctueert

Hierdoor kunnen onderzoekers volgen, bijvoorbeeld, hoe het gewicht verandert tijdens de celcyclus en celdeling, de invloed van verschillende stoffen op de celmassa, en wat er gebeurt als het wordt geïnfecteerd door een virus. Martínez-Martín en Fläschner hebben veel van dergelijke experimenten uitgevoerd.

Een bijzonder opmerkelijke observatie:"We hebben vastgesteld dat het gewicht van levende cellen continu fluctueert met ongeveer één tot vier procent omdat ze hun totale gewicht regelen, ", zegt Martínez-Martín. Meetfouten zijn uitgesloten:de biofysici konden bewijzen dat cellen deze fluctuaties van seconde tot seconde pas stoppen als ze doodgaan. De onderzoekers zijn zichtbaar opgewonden. Fläschner:"We zien dingen die niemand anders nog heeft waargenomen."

Grote interesse in celschaal

Er is altijd veel belangstelling wanneer ETH-wetenschappers verslag uitbrengen over een nieuwe ontwikkeling. "De massa van een cel is een zeer goede indicator van zijn fysiologie, ", legt Martínez-Martín uit. Het is dus logisch dat alle soorten biologen geïnteresseerd zijn in de nieuwe meetmethode. Het kan ook relevant zijn voor de medische en farmaceutische sector, omdat het zou kunnen worden gebruikt om de pathologische groei van cellen en de invloed van medicijnen op deze groei te onderzoeken.

Meer verrassend, materiaalwetenschappers zijn ook geïnteresseerd in het apparaat. "Voor hen, het gaat om de functionalisering van nanodeeltjes – met andere woorden, het oppervlak van zeer kleine deeltjes veranderen, ", zegt Martínez-Martín.

De wetenschappers stellen hun uitvinding nu voor het eerst voor aan een breed wetenschappelijk publiek in het tijdschrift Natuur . De nieuwe weegmethode is gepatenteerd; niettemin, de kans dat wetenschappers van verschillende disciplines straks zelf de kansrijke nieuwe celschaal kunnen gebruiken, is groot. de licentiehouder, Zwitsers bedrijf Nanosurf AG, is al bezig om het apparaat in productie te nemen.