Mätningar av biomekaniska egenskaper inuti levande celler kräver minimalt invasiva metoder. Optisk pincett är särskilt attraktivt som verktyg. De använder ljusets rörelsemängd för att fånga och manipulera partiklar i mikro- eller nanoskala. Ett team av forskare under ledning av prof. Dr. Cornelia Denz från universitetet i Münster (Tyskland) har nu utvecklat en förenklad metod för att utföra den nödvändiga kalibreringen av den optiska pincetten i det system som undersöks. Forskare från universitetet i Pavia i Italien var också inblandade. Resultaten av studien har publicerats i tidskriften Vetenskapliga rapporter .

Kalibreringen säkerställer att mätningar av olika prover och med olika enheter är jämförbara. En av de mest lovande teknikerna för att kalibrera optisk pincett i ett viskoelastiskt medium är den så kallade aktiv-passiva kalibreringen. Detta involverar bestämning av deformerbarheten hos provet som undersöks och kraften hos den optiska pincetten. Forskargruppen har nu ytterligare förbättrat denna metod så att mättiden reduceras till bara några sekunder. Den optimerade metoden erbjuder således möjligheten att karakterisera dynamiska processer av levande celler. Dessa kan inte studeras med längre mätningar eftersom cellerna omorganiserar sig under mätningen och ändrar sina egenskaper. Dessutom, förkortningen av mättiden bidrar också till att minska risken för skador på de biologiska proverna på grund av ljusinducerad uppvärmning.

I förenklade termer, den underliggande proceduren för att utföra kalibreringen fungerar enligt följande:De mikro- eller nanometerstora partiklarna är inbäddade i ett viskoelastiskt prov som hålls på scenen i ett mikroskop. Snabba och exakta förskjutningar i nanometerskala av provsteget får den optiskt fångade partikeln att svänga. Genom att mäta det brutna laserljuset, förändringar i provets position kan registreras, och på detta sätt, slutsatser kan dras om dess egenskaper, såsom stelhet. Detta görs vanligtvis sekventiellt vid olika oscillationsfrekvenser. Teamet ledd av Cornelia Denz och Randhir Kumar, en doktorand i forskargruppen Münster, utförde nu mätningen vid flera frekvenser samtidigt för ett brett frekvensområde. Denna multifrekvensmetod leder till en förkortad mättid på några sekunder. Forskarna använde lösningar av metylcellulosa i vatten i olika koncentrationer som prov. Dessa har en liknande viskoelasticitet som levande celler.

Biomekaniska egenskaper som styvhet, viskositet och viskoelasticitet hos levande celler och vävnader spelar en avgörande roll i många vitala cellulära funktioner som celldelning, cellmigration, celldifferentiering och vävnadsmönster. Dessa egenskaper hos levande celler skulle också kunna tjäna som indikatorer på sjukdomsprogression. Till exempel, uppkomsten och utvecklingen av cancer åtföljs vanligtvis av förändringar i cellstelhet, viskositet, och viskoelasticitet.