Metingen van biomechanische eigenschappen in levende cellen vereisen minimaal invasieve methoden. Optische pincetten zijn bijzonder aantrekkelijk als hulpmiddel. Ze gebruiken het momentum van licht om deeltjes op micro- of nanoschaal te vangen en te manipuleren. Een team van onderzoekers onder leiding van Prof. Dr. Cornelia Denz van de Universiteit van Münster (Duitsland) heeft nu een vereenvoudigde methode ontwikkeld om de noodzakelijke kalibratie van het optische pincet in het onderzochte systeem uit te voeren. Ook wetenschappers van de Universiteit van Pavia in Italië waren erbij betrokken. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

De kalibratie zorgt ervoor dat metingen van verschillende monsters en met verschillende apparaten vergelijkbaar zijn. Een van de meest veelbelovende technieken voor het kalibreren van optische pincetten in een visco-elastisch medium is de zogenaamde actief-passieve kalibratie. Dit omvat het bepalen van de vervormbaarheid van het onderzochte monster en de kracht van het optische pincet. Het onderzoeksteam heeft deze methode nu verder verbeterd, zodat de meettijd wordt teruggebracht tot slechts enkele seconden. De geoptimaliseerde methode biedt dus de mogelijkheid om dynamische processen van levende cellen te karakteriseren. Deze kunnen niet worden bestudeerd met langere metingen omdat de cellen zichzelf tijdens de meting reorganiseren en hun eigenschappen veranderen. In aanvulling, de verkorting van de meettijd helpt ook om het risico op beschadiging van de biologische monsters als gevolg van door licht veroorzaakte verwarming te verminderen.

In vereenvoudigde termen, de onderliggende procedure voor het uitvoeren van de kalibratie werkt als volgt:De deeltjes van micro- of nanometergrootte worden ingebed in een visco-elastisch monster dat op het podium van een microscoop wordt gehouden. Snelle en nauwkeurige verplaatsingen op nanometerschaal van het monsterstadium zorgen ervoor dat het optisch gevangen deeltje oscilleert. Door het gebroken laserlicht te meten, veranderingen in de positie van de sample kunnen worden opgenomen, en op deze manier, conclusies kunnen worden getrokken over de eigenschappen ervan, zoals stijfheid. Dit gebeurt meestal achtereenvolgens bij verschillende oscillatiefrequenties. Het team onder leiding van Cornelia Denz en Randhir Kumar, een doctoraatsstudent in de onderzoeksgroep Münster, nu de meting op meerdere frequenties tegelijk uitgevoerd voor een breed frequentiebereik. Deze multifrequentiemethode leidt tot een verkorte meettijd van enkele seconden. De wetenschappers gebruikten oplossingen van methylcellulose in water in verschillende concentraties als monsters. Deze hebben een vergelijkbare visco-elasticiteit als levende cellen.

Biomechanische eigenschappen zoals stijfheid, viscositeit en visco-elasticiteit van levende cellen en weefsels spelen een cruciale rol in veel vitale cellulaire functies zoals celdeling, celmigratie, celdifferentiatie en weefselpatronen. Deze eigenschappen van levende cellen kunnen ook dienen als indicatoren voor ziekteprogressie. Bijvoorbeeld, het begin en de ontwikkeling van kanker gaat meestal gepaard met veranderingen in celstijfheid, viscositeit, en visco-elasticiteit.