Hvor meget vejer livet?

ETH-forskere har udviklet en skala til måling af celler. Det tillader vægten af ​​individuelle levende celler, og eventuelle ændringer i denne vægt, skal bestemmes hurtigt og præcist for første gang. Opfindelsen har også vakt betydelig interesse både inden for og uden for biologiens område.

Fra regnorme og solsikker til mennesker, vi består alle af celler, så det er ingen overraskelse, at forskere arbejder hårdt på at undersøge disse byggesten i livet. De har allerede opdaget mange af deres hemmeligheder, men indtil nu, det har ikke været muligt at måle vægten af ​​levende celler, og hvordan den ændrer sig i realtid, da der ikke har eksisteret en passende målemetode.

Ny celleskala med høj opløsning

Det har nu ændret sig:i samarbejde med Christoph Gerber og Sascha Martin fra University of Basel og Jason Mercer fra University College London, forskere fra forskningsgruppen biofysik, ledet af ETH-professor Daniel J Müller, har udviklet en ny celleskala. Dette gør dem ikke kun i stand til at måle massen af ​​levende celler inden for meget kort tid, men også for at overvåge, hvordan deres vægt ændrer sig over tid. De kan gøre det med en opløsning på millisekunder og billiontedele af et gram.

Cellerne, som normalt vejer omkring to til tre nanogram, vejes under kontrollerede betingelser i et cellekulturkammer. Vejearmen, en lille oblat tynd, transparent silicium cantilever belagt med kollagen eller fibronectin, sænkes til gulvet i kammeret, hvor den skubber og samler en celle op. "Cellen hænger på undersiden af ​​en lille cantilever til målingerne, " siger ph.d.-studerende Gotthold Fläschner, som var med til at opfinde og udførte de fleste eksperimenter ved hjælp af den nye skala.

Observation af vægt og celleaktivitet på samme tid

Den mikroskopiske cantilever induceres til at oscillere let ved hjælp af en pulserende blå laser i dens faste ende. Et sekund, infrarød laser måler oscillationerne i den anden ende, hvor cellen hænger – først uden og derefter med cellen. "Cellens masse kan beregnes ud fra forskellen mellem de to svingninger, " forklarer David Martínez-Martín, hovedopfinderen af ​​celleskalaen.

En computerskærm viser den skiftende vægt som en kurve. Aflæsninger kan tages fra dette over hele måleperioden – uanset om det er millisekunder eller dage. Som måleapparat, herunder cellekulturen, er monteret direkte på objektpladen af ​​et højtydende fluorescensmikroskop, interne processer i cellen kan også observeres og filmes, mens målinger finder sted.

Vægten af ​​levende celler svinger

Dette giver forskere mulighed for at spore, for eksempel, hvordan vægten ændrer sig under cellecyklus og celledeling, hvilken indflydelse forskellige stoffer har på cellens masse, og hvad sker der, når den er inficeret af en virus. Martínez-Martín og Fläschner har udført mange sådanne eksperimenter.

En særlig bemærkelsesværdig observation:"Vi konstaterede, at vægten af ​​levende celler svinger kontinuerligt med omkring en til fire procent, mens de regulerer deres samlede vægt, " siger Martínez-Martín. Målefejl er blevet udelukket:biofysikerne var i stand til at bevise, at cellerne kun stopper disse sekund-for-sekund-udsving, når de dør. Forskerne er synligt begejstrede. Fläschner:"Vi ser ting, som ingen andre har endnu observeret."

Stor interesse for celleskala

Der er altid stor interesse, når ETH-forskere rapporterer om en ny udvikling. "En celles masse er en meget god indikator for dens fysiologi, " forklarer Martínez-Martín. Så det giver mening, at biologer af alle striber er interesserede i den nye målemetode. Det kan også være relevant for den medicinske og farmaceutiske sektor, da det kunne bruges til at undersøge den patologiske vækst af celler og lægemidlers indflydelse på denne vækst.

Mere overraskende, materialeforskere er også interesserede i enheden. "For dem, det handler om funktionalisering af nanopartikler – med andre ord, ændring af overfladen af ​​meget små partikler, " fastslår Martínez-Martín.

Forskerne introducerer nu deres opfindelse til et bredt videnskabeligt publikum for første gang i tidsskriftet Natur . Den nye vejemetode er patenteret; Ikke desto mindre, chancerne for, at forskere fra forskellige discipliner snart selv vil kunne bruge den lovende nye celleskala, er gode. Licenshaveren, schweiziske firma Nanosurf AG, arbejder allerede på at sætte enheden i produktion.