ETH-forskare har utvecklat en skala för att mäta celler. Det tillåter vikten av enskilda levande celler, och eventuella förändringar i denna vikt, att fastställas snabbt och exakt för första gången. Uppfinningen har också väckt stort intresse både inom och utanför biologiområdet.

Från daggmaskar och solrosor till människor, vi är alla uppbyggda av celler, så det är ingen överraskning att forskare arbetar hårt med att undersöka dessa byggstenar i livet. De har redan upptäckt många av sina hemligheter, men tills nu, det har inte varit möjligt att mäta vikten av levande celler och hur den förändras i realtid, eftersom det inte har funnits någon lämplig mätmetod.

Ny cellskala med hög upplösning

Det har nu ändrats:i samarbete med Christoph Gerber och Sascha Martin från University of Basel och Jason Mercer från University College London, forskare från forskningsgruppen biofysik, ledd av ETH-professor Daniel J Müller, har utvecklat en ny cellskala. Detta gör det inte bara möjligt för dem att mäta massan av levande celler inom en mycket kort tid, men också för att övervaka hur deras vikt förändras över tiden. De kan göra det med en upplösning på millisekunder och biljondelar av ett gram.

Cellerna, som vanligtvis väger cirka två till tre nanogram, vägs under kontrollerade förhållanden i en cellodlingskammare. Vägarmen, en liten oblat-tunn, transparent kisel fribärande belagd med kollagen eller fibronektin, sänks till golvet i kammaren, där den knuffar och plockar upp en cell. "Cellen hänger på undersidan av en liten konsol för mätningarna, säger doktoranden Gotthold Fläschner, som var med och uppfann och genomförde de flesta experiment med den nya skalan.

Att observera vikt och cellaktivitet på samma gång

Den mikroskopiska konsolen induceras att oscillera något med hjälp av en pulserande blå laser vid dess fasta ände. En sekund, infraröd laser mäter svängningarna i andra änden, där cellen hänger – först utan och sedan med cellen. "Cellens massa kan beräknas från skillnaden mellan de två svängningarna, " förklarar David Martínez-Martín, huvuduppfinnaren av cellskalan.

En datorskärm visar den ändrade vikten som en kurva. Avläsningar kan tas från detta under hela mätperioden – oavsett om det är millisekunder eller dagar. Som mätapparat, inklusive cellkulturen, är monterad direkt på objektplattan på ett högpresterande fluorescensmikroskop, interna processer i cellen kan också observeras och filmas medan mätningar sker.

Vikten av levande celler fluktuerar

Detta gör det möjligt för forskare att spåra, till exempel, hur vikten förändras under cellcykeln och celldelningen, vilken inverkan olika ämnen har på cellens massa, och vad som händer när den är infekterad av ett virus. Martínez-Martín och Fläschner har utfört många sådana experiment.

En särskilt anmärkningsvärd observation:"Vi konstaterade att vikten av levande celler fluktuerar kontinuerligt med cirka en till fyra procent när de reglerar sin totala vikt, " säger Martínez-Martín. Mätfel har uteslutits:biofysikerna kunde bevisa att celler stoppar dessa svängningar sekund för sekund först när de dör. Forskarna är tydligt upphetsade. Fläschner:"Vi ser saker som ingen annan har ännu observerat."

Stort intresse för cellskala

Det är alltid stort intresse när ETH-forskare rapporterar om en ny utveckling. "En cells massa är en mycket bra indikator på dess fysiologi, " förklarar Martínez-Martín. Så det är vettigt att biologer av alla slag är intresserade av den nya mätmetoden. Den kan också vara relevant för den medicinska och farmaceutiska sektorn, eftersom det skulle kunna användas för att undersöka den patologiska tillväxten av celler och läkemedels inverkan på denna tillväxt.

Mer överraskande, materialforskare är också intresserade av enheten. "För dem, det handlar om funktionalisering av nanopartiklar – med andra ord, förändra ytan på mycket små partiklar, säger Martínez-Martín.

Forskarna presenterar nu sin uppfinning för en bred vetenskaplig publik för första gången i tidskriften Natur . Den nya vägningsmetoden har patenterats; ändå, chanserna att forskare inom olika discipliner snart kommer att kunna använda den lovande nya cellskalan själva är goda. Licensinnehavaren, schweiziska företaget Nanosurf AG, arbetar redan med att sätta enheten i produktion.