От дождевых червей и подсолнухов до людей, все мы состоим из клеток, поэтому неудивительно, что исследователи усердно работают над изучением этих строительных блоков жизни. Они уже открыли многие свои секреты, но до сих пор измерить вес живых клеток и то, как он меняется в реальном времени, не представлялось возможным, так как не существовало подходящего метода измерения.
Новая шкала ячеек с высоким разрешением
Теперь это изменилось: в сотрудничестве с Кристофом Гербером и Сашей Мартином из Базельского университета и Джейсоном Мерсером из Университетского колледжа Лондона ученые из исследовательской группы по биофизике под руководством профессора ETH Даниэля Дж. Мюллера разработали новый клеточный масштаб. Это позволяет им не только измерять массу живых клеток за очень короткое время, но и следить за изменением их веса с течением времени. Они могут делать это с разрешением в миллисекунды и триллионные доли грамма.
Клетки, которые обычно весят около двух-трех нанограммов, взвешивают в контролируемых условиях в камере для культивирования клеток. Взвешивающая рука, крошечная, как пластинка, прозрачная силиконовая консоль, покрытая коллагеном или фибронектином, опускается на пол камеры, где она подталкивает и подбирает клетку. «Ячейка висит на нижней стороне крошечной консоли для измерений», - говорит аспирант Готтхольд Флешнер, который был одним из изобретателей и провел большинство экспериментов с использованием новой шкалы.
Одновременное наблюдение за весом и активностью клеток
Микроскопический кантилевер слегка колеблется с помощью пульсирующего синего лазера на его фиксированном конце. Второй, инфракрасный лазер измеряет колебания на другом конце, где висит ячейка - сначала без, а затем вместе с ячейкой.«Массу клетки можно рассчитать по разнице между двумя колебаниями», - объясняет Дэвид Мартинес-Мартин, главный изобретатель клеточных весов.
На экране компьютера изменение веса отображается в виде кривой. Отсюда можно брать показания за весь период измерения - будь то миллисекунды или дни. Поскольку измерительный прибор, включая клеточную культуру, устанавливается непосредственно на предметную пластину высокоэффективного флуоресцентного микроскопа, внутренние процессы в клетке также можно наблюдать и снимать во время измерений.
Вес живых клеток колеблется
Это позволяет исследователям отслеживать, например, как меняется вес во время клеточного цикла и клеточного деления, влияние различных веществ на массу клетки и что происходит, когда она заражена вирусом. Мартинес-Мартин и Флешнер провели множество таких экспериментов.
Одно особенно примечательное наблюдение: «Мы установили, что вес живых клеток постоянно колеблется примерно на один-четыре процента, поскольку они регулируют свой общий вес», - говорит Мартинес-Мартин. Ошибки измерения были исключены: биофизики смогли доказать, что клетки прекращают эти секундные колебания только после смерти. Исследователи явно взволнованы. Флешнер: «Мы видим вещи, которые еще никто не наблюдал».
Высокий интерес к сотовой шкале
Всегда есть большой интерес, когда ученые ETH сообщают о новых разработках. «Масса клетки - очень хороший показатель ее физиологии», - объясняет Мартинес-Мартин. Так что логично, что биологи всех мастей заинтересованы в новом методе измерения. Он также может иметь отношение к медицине и фармацевтике, поскольку его можно использовать для исследования патологического роста клеток и влияния лекарств на этот рост.
Еще более удивительно, что ученые-материаловеды также заинтересовались этим устройством. «Для них речь идет о функционализации наночастиц - другими словами, об изменении поверхности очень маленьких частиц», - говорит Мартинес-Мартин.
Ученые впервые представляют свое изобретение широкой научной аудитории в журнале Nature. Новый метод взвешивания запатентован; тем не менее, шансы на то, что ученые различных дисциплин вскоре смогут сами использовать многообещающую новую клеточную шкалу, высоки. Лицензиат, швейцарская компания Nanosurf AG, уже работает над запуском устройства в производство.