En forenklet metode til kalibrering af optisk pincet

Målinger af biomekaniske egenskaber inde i levende celler kræver minimalt invasive metoder. Optisk pincet er særligt attraktivt som værktøj. De bruger lysets momentum til at fange og manipulere mikro- eller nanoskala partikler. Et team af forskere ledet af prof. Dr. Cornelia Denz fra universitetet i Münster (Tyskland) har nu udviklet en forenklet metode til at udføre den nødvendige kalibrering af den optiske pincet i det undersøgte system. Forskere fra universitetet i Pavia i Italien var også involveret. Resultaterne af undersøgelsen er blevet offentliggjort i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

Kalibreringen sikrer, at målinger af forskellige prøver og med forskellige enheder er sammenlignelige. En af de mest lovende teknikker til kalibrering af en optisk pincet i et viskoelastisk medium er den såkaldte aktiv-passive kalibrering. Dette involverer bestemmelse af deformerbarheden af ​​prøven under undersøgelse og kraften af ​​den optiske pincet. Forskerholdet har nu forbedret denne metode yderligere, så måletiden er reduceret til blot et par sekunder. Den optimerede metode giver således mulighed for at karakterisere dynamiske processer i levende celler. Disse kan ikke studeres med længere målinger, fordi cellerne reorganiserer sig under målingen og ændrer deres egenskaber. Ud over, afkortningen af ​​måletiden er også med til at reducere risikoen for skader på de biologiske prøver på grund af lysinduceret opvarmning.

I forenklede vendinger, den underliggende procedure til at udføre kalibreringen fungerer som følger:Partiklerne i mikro- eller nanometerstørrelse er indlejret i en viskoelastisk prøve, der holdes på scenen i et mikroskop. Hurtige og præcise forskydninger i nanometerskala af prøvestadiet får den optisk fangede partikel til at oscillere. Ved at måle det brudte laserlys, ændringer i prøvens position kan registreres, og på denne måde, der kan drages konklusioner om dets egenskaber, såsom stivhed. Dette gøres normalt sekventielt ved forskellige oscillationsfrekvenser. Holdet ledet af Cornelia Denz og Randhir Kumar, en ph.d.-studerende i Münster-forskningsgruppen, udførte nu målingen ved flere frekvenser samtidigt for et bredt frekvensområde. Denne multifrekvensmetode fører til en forkortet måletid på nogle få sekunder. Forskerne brugte opløsninger af methylcellulose i vand i forskellige koncentrationer som prøver. Disse har en lignende viskoelasticitet som levende celler.

Biomekaniske egenskaber såsom stivhed, viskositet og viskoelasticitet af levende celler og væv spiller en afgørende rolle i mange vitale cellulære funktioner såsom celledeling, cellemigration, celledifferentiering og vævsmønstre. Disse egenskaber af levende celler kunne også tjene som indikatorer for sygdomsprogression. For eksempel, start og udvikling af kræft er typisk ledsaget af ændringer i cellestivhed, viskositet, og viskoelasticitet.